JPH0642663A - Control valve for mass flow controller - Google Patents

Control valve for mass flow controller

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JPH0642663A
JPH0642663A JP20493791A JP20493791A JPH0642663A JP H0642663 A JPH0642663 A JP H0642663A JP 20493791 A JP20493791 A JP 20493791A JP 20493791 A JP20493791 A JP 20493791A JP H0642663 A JPH0642663 A JP H0642663A
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plug
opening
mass flow
fluid
flow rate
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JP20493791A
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Hirofumi Ono
弘文 小野
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RINTETSUKU KK
Lintec Corp
Original Assignee
RINTETSUKU KK
Lintec Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a revolutionary normally closed mass flow controller which is cheap and has a simple structure even though it is normally closed, and which has no factor causing occurrence of particles and a dead volume. CONSTITUTION:An opening 18a of a fluid passage 18 formed in a body 17 is opened and closed by a plug 15 that is urged by a spring in a direction in which the plug 15 is separated from the opening 18a. Further, a contractible laminated piezoelastic element 1 which expands overcoming the force of the spring 11 so as to press the plug 15 against the opening 18a when no voltage is applied, but which contracts so as to allow the spring force to separate the plug 15 from the opening 18a when a voltage is applied.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】半導体や超LSIの製造プロセス
において、爆発性のモノシラン、ホスフィン、アルシン
や腐食性ガスであるHCl、Cl2、ジクロロシラン(SiH2C
l2)など多種多様のガスや液体が使用されているので、
その流量制御の正確さは勿論、高い安全性も要求される
ことになるが、本発明は例えばこのようなガスや液体の
流量制御に用いられる質量流量制御器の制御弁の改良に
関する。
[Industrial application] Explosive monosilane, phosphine, arsine and corrosive gases such as HCl, Cl 2 and dichlorosilane (SiH 2 C) in semiconductor and VLSI manufacturing processes.
Since a wide variety of gases and liquids such as l 2 ) are used,
The present invention relates to an improvement of a control valve of a mass flow controller used for controlling the flow rate of such gas or liquid, for example, though not only the accuracy of the flow rate control but also high safety is required.

【0002】[0002]

【従来の技術】前記、半導体や超LSIの製造プロセス
で使用されるガスや液体の質量流量制御器は、安全上の
観点から停電時にガスや液体の漏れをなくすために弁構
造を常時閉(ノーマリークローズ)型としている。
2. Description of the Related Art In the gas and liquid mass flow controllers used in the manufacturing process of semiconductors and VLSIs, the valve structure is always closed in order to prevent gas and liquid leakage during power failure from the viewpoint of safety. Normally closed type.

【0003】この質量流量制御器は、少量の流体の質量
流量を正確に測定するセンサー部と、センサー部の流量
に比例して大量の流体を通過させるバイパス部と、前記
センサー部とバイパス部とから流出した流体の流量を正
確に制御して次行程の装置に供給する流量制御部とで構
成されている。この流量制御部に使用される制御弁に
は、熱膨張軸方式、電磁ソレノイド方式、積層圧
電素子方式などがある。最近では、に示す積層圧電素
子方式が、普及し始めている。その理由は、(a)応答速
度が他の方式に比べてはるかに速いので、高速で供給さ
れているガスの質量流量制御が可能となる、(b)積層圧
電素子の発生圧が他方式に比べて格段に高く、弁の完全
な閉止が可能であり、しかも精密な弁操作が可能であっ
て微小流量の流量制御が可能である、(c)駆動素子とし
ての消費電力が極めて低く、低コスト化を実現できる、
(d)発熱がほとんどないために質量流量センサへの熱影
響をほとんど無視する事ができ、熱に影響されない高精
度の流量制御が可能である、(e)ヒステリシスが少な
く、高速且つ安定な質量流量制御が可能であるという特
長のためである。
This mass flow controller includes a sensor section for accurately measuring the mass flow rate of a small amount of fluid, a bypass section for passing a large amount of fluid in proportion to the flow rate of the sensor section, the sensor section and the bypass section. And a flow rate control unit for accurately controlling the flow rate of the fluid flowing out from the device and supplying the fluid to the apparatus in the next step. The control valve used in this flow rate control unit includes a thermal expansion shaft type, an electromagnetic solenoid type, a laminated piezoelectric element type and the like. Recently, the laminated piezoelectric element method shown in (3) has begun to spread. The reason is that (a) the response speed is much faster than other methods, so it is possible to control the mass flow rate of the gas being supplied at high speed, (b) the generated pressure of the laminated piezoelectric element is different from other methods. Compared to the above, the valve is much higher, the valve can be completely closed, precise valve operation is possible, and the flow rate of a minute flow rate can be controlled. (C) The power consumption as a driving element is extremely low and low. Cost can be realized,
(d) Since there is almost no heat generation, the heat effect on the mass flow rate sensor can be almost ignored, and highly accurate flow rate control that is not affected by heat is possible. (e) Low hysteresis, fast and stable mass This is because the flow rate can be controlled.

【0004】以上のような数々の特長を有するために、
高速、高精度、微小流量制御などが要求される半導体を
始め、超LSIや次世代の超LSIの製造にはこの積層
圧電素子を組み込んだ質量流量制御器が主流になると予
想されている。
In order to have various characteristics as described above,
It is expected that a mass flow controller incorporating this laminated piezoelectric element will become the mainstream in the manufacture of VLSIs and next-generation VLSIs, including semiconductors that require high speed, high accuracy, and minute flow rate control.

【0005】さて、従来の常時閉型質量流量制御器(B)
の弁構造は、図3に示すように、非常に複雑な構造を余
儀なくさせられている。以下、その構造を略述する。バ
イパス部(図示せず)よりも下流側の流体流路(31)に開口
部(31a)を備えたオリフィスブロック(33)が設けられて
いる。弁頭部(34)とプランジャー部(35)とで構成され、
開口部(31a)の開度を調節するプラグ(36)が前記弁頭部
(34)を開口部(31a)に近接した状態で設置されている。
A conventional normally closed mass flow controller (B)
The valve structure of Fig. 3 is forced to have a very complicated structure as shown in Fig. 3. The structure will be briefly described below. An orifice block (33) having an opening (31a) is provided in the fluid flow path (31) on the downstream side of the bypass section (not shown). It consists of a valve head (34) and a plunger part (35),
The plug (36) for adjusting the opening of the opening (31a) is the valve head.
It is installed with the (34) close to the opening (31a).

【0006】このプラグ(36)には、本体ボディ(29)の上
部に設けられた弁ブロック(37)の下部空間内に設けられ
た金属製ダイヤフラム(38)に接続されており、プランジ
ャー部(35)に螺着されたプラグナット(39)とダイヤフラ
ム(38)との間に配設された圧縮スプリング(40)にて常時
オリフィスブロック(33)から離間する方向に押圧付勢さ
れており、球体(41)を介して上部の膨張型積層圧電素子
(30)に当接している。膨張型積層圧電素子(30)は電圧が
印加されると伸長するタイプの圧電素子である。
The plug (36) is connected to the metal diaphragm (38) provided in the lower space of the valve block (37) provided at the upper portion of the main body (29), and the plunger portion is connected. A compression spring (40) arranged between the plug nut (39) screwed to (35) and the diaphragm (38) is constantly biased in a direction away from the orifice block (33). , Expansion type laminated piezoelectric element on the upper side through the sphere (41)
It is in contact with (30). The expansion type laminated piezoelectric element (30) is a type of piezoelectric element that expands when a voltage is applied.

【0007】本体ボディ(29)には、前記ダイヤフラム(3
8)に対応して凹所が形成されており、その底部にガイド
ブロック(42)、その上部にオリフィスブロック(33)が嵌
め込まれており、ガイドブロック(42)の中央には本体ボ
ディ(29)の入り側流体流路(31)に連通するノズルブロッ
ク収納孔(42a)が穿設されており、オリフィスブロック
(33)の中央には前記プラグ(36)の弁頭部(34)が嵌り込む
弁座孔(33a)が穿設されている。
The main body (29) has the diaphragm (3
8), a recess is formed, a guide block (42) is fitted to the bottom of the recess, and an orifice block (33) is fitted to the top of the recess.The main body (29) is located at the center of the guide block (42). ), The nozzle block housing hole (42a) communicating with the inlet side fluid flow path (31) is formed, and the orifice block
A valve seat hole (33a) into which the valve head (34) of the plug (36) is fitted is formed in the center of the (33).

【0008】前記ノズルブロック収納孔(42a)は、オリ
フィスブロック(33)に接する部分が太径に形成され、そ
の下側は細い通孔に形成されていて前記入り側流体流路
(31)に連通している。ノズルブロック(43)は、このノズ
ルブロック収納孔(42a)に合わせて断面T字形に形成さ
れており、その頭部(43a)がノズルブロック収納孔(42a)
の太径孔(42b)に嵌り込んでおり、ノズルブロック(43)
の脚部(43b)に嵌め込まれたコイルばね(44)で常時ノズ
ルブロック(43)の頭部がオリフィスブロック(33)の下面
座に圧接するように押圧付勢されている。(32)はダイヤ
フラム(38)の空間からこの質量流量制御器(B)の流体流
出口(45)に連通する出側流出流路である。
The nozzle block accommodating hole (42a) is formed such that a portion in contact with the orifice block (33) has a large diameter, and a lower side thereof is formed as a thin through hole.
It communicates with (31). The nozzle block (43) is formed in a T-shape in cross section in accordance with the nozzle block storage hole (42a), and the head portion (43a) thereof is the nozzle block storage hole (42a).
It is fitted in the large diameter hole (42b) of the nozzle block (43).
The head portion of the nozzle block (43) is constantly urged by the coil spring (44) fitted in the leg portion (43b) so that the head portion of the nozzle block (43) is in pressure contact with the lower surface seat of the orifice block (33). Reference numeral (32) is an outlet side flow passage communicating from the space of the diaphragm (38) to the fluid outlet (45) of the mass flow controller (B).

【0009】この質量流量制御器(B)は常時閉型である
から、コイルばね(44)で常時ノズルブロック(43)の頭部
(43a)がオリフィスブロック(33)の下面座に圧接するよ
うに押圧付勢されており、反面、プラグ(36)は圧縮スプ
リング(40)にてその弁頭部(34)がノズルブロック(43)の
頭部(43a)から離間しているように保持される。従っ
て、ノズルブロック(43)の頭部(43a)はオリフィスブロ
ック(33)の下面に押圧して入り側流体流路(31)と弁座孔
(33a)との連通を閉じている。
Since this mass flow controller (B) is of the normally closed type, the head of the nozzle block (43) is always closed by the coil spring (44).
(43a) is pressed and urged so as to come into pressure contact with the lower surface seat of the orifice block (33), while the plug (36) is compressed by the compression spring (40) so that its valve head (34) is located at the nozzle block (43). ) Is held so as to be separated from the head (43a). Therefore, the head portion (43a) of the nozzle block (43) is pressed against the lower surface of the orifice block (33) and the inlet side fluid flow channel (31) and the valve seat hole are formed.
Communication with (33a) is closed.

【0010】ここで膨張型積層圧電素子(30)が印加され
て伸長すると圧縮スプリング(40)に抗してプラグ(39)が
押し下げられてノズルブロック(43)の頭部(43a)をその
弁頭部(44)が押圧し、コイルばね(44)を圧縮する。これ
によりノズルブロック(43)の頭部(43a)がオリフィスブ
ロック(33)の下面から離間して入り側流体流路(31)と弁
座孔(33a)とが連通し、流体がこの連通した通路を通っ
て規定量だけ流れていく事になる。
Here, when the expansion type laminated piezoelectric element (30) is applied and expanded, the plug (39) is pushed down against the compression spring (40) to move the head (43a) of the nozzle block (43) to its valve. The head (44) presses and compresses the coil spring (44). As a result, the head portion (43a) of the nozzle block (43) is separated from the lower surface of the orifice block (33) so that the inlet fluid passage (31) and the valve seat hole (33a) communicate with each other, and the fluid communicates with this. Only a specified amount will flow through the passage.

【0011】さて、この流体には前述のように腐食性の
ものや爆発性のものなど種々の性質のものがあり、しか
も次工程に供給される流体中には金属パーティクルなど
が混入してはならないという要求を始めその他厳しい要
求があるが、図から分かるように流路中には頻繁に伸縮
するコイルばね(44)が設置されているために腐食性ガス
を使用した場合にはコイルばね(44)が腐食されて弾発力
を次第に損ない、長時間の使用中にノズルブロック(43)
による閉塞力が次第に減じて常時閉機能が損なわれると
いう問題がある。
The fluid has various properties such as corrosive and explosive as described above, and metal particles and the like should not be mixed in the fluid supplied to the next step. There are other strict requirements including the requirement that the coil spring (44) that expands and contracts frequently is installed in the flow path as shown in the figure, so when corrosive gas is used, the coil spring ( Nozzle block (43) during long-term use due to corrosion of 44) and loss of elasticity.
However, there is a problem in that the normally closing function is impaired due to the gradual decrease in the closing force due to.

【0012】又、流体流路(31)に頻繁に移動又は伸縮す
るノズルブロック(43)や金属コイルばね(44)などが収納
されているため、前記ノズルブロック(43)やコイルばね
(44)に起因するパーティクルが発生する恐れがあり、流
体の清浄度を保つ上でも問題がある。
Further, since the nozzle block (43) and the metal coil spring (44) that frequently move or expand and contract in the fluid passage (31) are housed, the nozzle block (43) and the coil spring are
Particles due to (44) may be generated, which is problematic in maintaining cleanliness of the fluid.

【0013】更に、流路(31)内にコイルばね(44)やノズ
ルブロック(43)などがあるために流体の種類を切り替え
る際、パージ出来ないデッドボリュウムが発生して前行
程の残留ガスと新たに供給したガスとの間で化学反応を
生じ、流路(31)内での内部生成物の発生やこれによる流
路の詰まりを生じたりするという問題もある。
Furthermore, when the type of fluid is changed due to the coil spring (44) and the nozzle block (43) in the flow path (31), dead volume that cannot be purged is generated and residual gas in the previous stroke is generated. There is also a problem that a chemical reaction occurs with the newly supplied gas, which causes the generation of internal products in the channel (31) and the clogging of the channel due to this.

【0014】このように、質量流量制御器(B)を常時閉
型にするために圧電素子(30)に膨張型を使用すると、腐
食性ガスに侵されやすい金属コイルばね(24)を流体流路
(31)に設置しなればならないとか、デッドボリュウムと
なるノズルブロック(43)を流体流路(31)に設置しなけれ
ばならないなど構造上の問題があり、又、複雑な構造の
ためにコストも高くなるという経済的デメリットも発生
する。
As described above, when the expansion type is used for the piezoelectric element (30) in order to keep the mass flow controller (B) normally closed, the metal coil spring (24), which is easily corroded by corrosive gas, is used as a fluid flow. Road
There are structural problems such as having to be installed in (31) and installing a nozzle block (43) that becomes a dead volume in the fluid flow path (31), and the cost is complicated because of a complicated structure. There is also an economic demerit that it becomes higher.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、常時閉型で
あるにも拘わらず構造が簡素であってコストも安く、流
体流路内にパーティクルやデッドボリュウムの発生要因
となるものも存在しない画期的な常時閉型質量流量制御
器を提供する事をその課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has a simple structure and a low cost in spite of the normally closed type, and there is no factor that causes particles or dead volume in the fluid passage. It is an object of the invention to provide an epoch-making normally closed mass flow controller.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の質量流量制御器
(A)の制御弁は、請求項1に示すように、『本体ボディ
(17)に形成された流体流路(18)と、流体流路(18)の開口
部(18a)を開閉するプラグ(15)と、プラグ(15)を前記開
口部(18a)から離間する方向に付勢するばね(11)と、電
圧が印加しない時には前記ばね(11)に抗して伸張し、プ
ラグ(15)を開口部(18a)に押圧して閉塞し、電圧の印加
時には収縮して前記ばね(11)の弾発力によってプラグ(1
5)が開口部(18a)から離間する縮小型積層圧電素子(1)と
で構成された事を特徴とする』ものである。
The mass flow controller of the present invention.
The control valve of (A) is, as shown in claim 1, "main body
The fluid channel (18) formed in (17), the plug (15) for opening and closing the opening (18a) of the fluid channel (18), and the plug (15) separated from the opening (18a) A spring (11) that urges in the direction and expands against the spring (11) when no voltage is applied, closes the plug (15) by pressing it against the opening (18a), and contracts when voltage is applied. Then, by the elastic force of the spring (11), the plug (1
5) is composed of a reduction-type laminated piezoelectric element (1) which is separated from the opening (18a) ”.

【0017】これにより、常時閉型であるにも拘わらず
構造が簡素であってコストも安く、流体流路内にパーテ
ィクルやデッドボリュウムの発生要因となるものも存在
しない画期的な常時閉型質量流量制御器を提供する事が
出来た。
As a result, in spite of the normally closed type, the structure is simple and the cost is low, and there is no factor that causes generation of particles or dead volume in the fluid flow path. We were able to provide a mass flow controller.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述す
る。図1は本発明にかかる質量流量制御器(A)の流量制
御部(Aa)の断面図である。(17)は本体ボディで、本体ボ
ディ(17)の上面に連通開口する入り側流体流路(18)と、
入り側流体流路(18)の周囲に凹設された排出溝(21)から
流出口(19)に連通するように形成された出側流体流路(2
2)とが形成されている。入り側流体流路(18)は、少量の
流体(20)の質量流量を正確に測定するセンサー部(図示
せず)と、センサー部の流量に比例して大量の流体を通
過させるバイパス部(図示せず)とが合流している。入り
側流体流路(18)の開口部(18a)の周囲は、例えば金メッ
キによるバルブシート面(16)が形成されており、プラグ
(15)が当接するようになっている。
The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a sectional view of a flow rate control unit (Aa) of a mass flow rate controller (A) according to the present invention. (17) is a main body body, and an inlet side fluid flow path (18) communicating with the upper surface of the main body body (17),
An outlet side fluid flow path (2) formed so as to communicate with an outlet (19) from a discharge groove (21) recessed around the inlet side flow path (18).
2) and are formed. The inlet side fluid flow path (18) includes a sensor unit (not shown) that accurately measures the mass flow rate of a small amount of fluid (20), and a bypass unit (a part that allows a large amount of fluid to pass in proportion to the flow rate of the sensor unit). (Not shown). Around the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18), a valve seat surface (16) is formed by gold plating, for example, and
(15) is designed to abut.

【0019】本体ボディ(17)の上面には、中央部が切除
されて中空となっている下部ハウジング(13)が設置固定
されている。下部ハウジング(13)の下面には排出溝(21)
を囲繞するようにリング状の爪(13b)が突設されてお
り、本体ボディ(17)の上面の食い込んで排出溝(21)の周
囲を完全に密封するようになっている。
On the upper surface of the main body (17), a lower housing (13) having a hollow central portion is installed and fixed. The lower housing (13) has a discharge groove (21) on the bottom surface.
A ring-shaped claw (13b) is provided so as to surround the upper end of the main body (17) so as to completely seal the periphery of the discharge groove (21).

【0020】下部ハウジング(13)の上には上部ハウジン
グ(12)が設置固定されており、下部ハウジング(13)の上
面に形成された凹段部(13a)に上部ハウジング(12)の下
面に形成された凸段部(12a)が嵌り込んでおり、前記凹
段部(13a)と凸段部(12a)との間にダイヤフラム(14)の外
周部が気密状に挾持固定されている。上部ハウジング(1
2)の中央には、入り側流体流路(18)の開口部(18a)に合
わせてガイド孔(12b)が穿設されており、プラグ(15)が
スライドするようになっている。
An upper housing (12) is installed and fixed on the lower housing (13), and a concave step portion (13a) formed on the upper surface of the lower housing (13) is attached to the lower surface of the upper housing (12). The formed convex step portion (12a) is fitted, and the outer peripheral portion of the diaphragm (14) is sandwiched and fixed in an airtight manner between the concave step portion (13a) and the convex step portion (12a). Upper housing (1
At the center of 2), a guide hole (12b) is bored in accordance with the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18), and the plug (15) slides.

【0021】プラグ(15)は下部が太径となった断面逆T
字状のもので、この太径の弁体部(15b)の下面には本体
ボディ(17)の上面のバルブシート面(16)に接離するリン
グ状突起(15a)が突設されており、バルブシート面(16)
にこのリング状突起(15a)が接した場合、プラグ(15)の
弁体部(15b)を取り囲むプラグ室(P)と入り側流体流路(1
8)の開口部(18a)とを完全に遮断出来るようになってい
る。又、弁体部(15b)の上面には前記ダイヤフラム(14)
の内周縁が固着されていて下部ハウジング(13)の中空部
を覆い、プラグ室(P)を形成している。プラグ(15)の上
端はガイド孔(12a)から上方に突出しており、この突出
端にOリング(9)が嵌め込まれており、座金を(10)介し
て板ばね(11)が配設されており、プラグ(15)をバルブシ
ート面(16)から離間させるように常時上方向に押し上げ
付勢している。尚、前記板ばね(11)は圧縮コイルばねに
替える事が出来ることは言うまでもない。この場合、図
から分かるように入り側流体流路(18)、プラグ室(P)並
びに出側流体流路(22)にはデッドボリュウムを生ずるよ
うななものは何等存在しない。
The plug (15) has an inverted T-shaped cross section with a large diameter at the bottom.
The large-diameter valve body (15b) has a ring-shaped projection (15a) protruding from the lower surface of the main body (17) that contacts and separates from the valve seat surface (16). , Valve seat surface (16)
When the ring-shaped projection (15a) contacts the plug chamber (P) surrounding the valve body portion (15b) of the plug (15) and the inlet side fluid flow path (1
It is possible to completely block the opening (18a) of 8). Further, the diaphragm (14) is provided on the upper surface of the valve body (15b).
The inner peripheral edge of the plug is fixed and covers the hollow portion of the lower housing (13) to form a plug chamber (P). The upper end of the plug (15) protrudes upward from the guide hole (12a), the O-ring (9) is fitted into this protruding end, and the leaf spring (11) is arranged via the washer (10). Therefore, the plug (15) is constantly pushed upward and biased so as to be separated from the valve seat surface (16). It goes without saying that the leaf spring (11) can be replaced with a compression coil spring. In this case, as can be seen from the figure, there is no such thing as dead volume in the inlet side fluid flow channel (18), the plug chamber (P) and the outlet side fluid flow channel (22).

【0022】(7)はバルブケースで、上部ハウジング(1
2)にボルト(8)にて固定されており、上端にストローク
調整ねじ(5)が螺入されており、プラグ(15)の昇降スト
ロークを調整した後、固定ナット(6)にてストローク調
整ねじ(5)は固定される。(1)は縮小型積層圧電素子で、
下端に設けたプランジャ部(4)の下面突起(4a)がプラグ
(15)の上面に接しており、縮小型積層圧電素子(1)の上
面は球体(3)を介して前記ストローク調整ねじ(5)の下面
に当接している。
(7) is a valve case, and the upper housing (1
It is fixed to 2) with a bolt (8), and the stroke adjustment screw (5) is screwed into the upper end.After adjusting the lifting stroke of the plug (15), adjust the stroke with the fixing nut (6). The screw (5) is fixed. (1) is a reduction type laminated piezoelectric element,
The lower surface protrusion (4a) of the plunger (4) provided at the lower end is the plug.
It is in contact with the upper surface of the (15), and the upper surface of the reduction-type laminated piezoelectric element (1) is in contact with the lower surface of the stroke adjusting screw (5) through the sphere (3).

【0023】縮小型積層圧電素子(1)は電圧の印加がな
されて収縮するタイプのもので、図2に示すように内部
電極(1a)を介して板状セラミックス(1b)を横方向に積層
し、上端に外部電極(1c)を設置したものである。これに
より、縮小型積層圧電素子(1)に電圧が印加されない状
態の場合、素子(1)は伸長していて板ばね(11)に抗して
プラグ(15)を押し下げ、バルブシート面(16)にプラグ(1
5)の下面のリング状突起(15a)を気密状に押圧してい
る。これにより、常時閉型となる。尚、従来の膨張型積
層圧電素子(30)の例を図4に示す。これによれば、内部
電極(30a)を介してセラミック板(30b)を縦方向に積層
し、両側から外部電極(30c)を設置したものであり、電
圧が印加する事により全長が伸張する。
The reduction-type laminated piezoelectric element (1) is of a type that contracts when a voltage is applied, and as shown in FIG. 2, plate-like ceramics (1b) are laminated in a horizontal direction via internal electrodes (1a). The external electrode (1c) is installed on the upper end. As a result, when no voltage is applied to the reduction-type laminated piezoelectric element (1), the element (1) is extended and pushes down the plug (15) against the leaf spring (11), and the valve seat surface (16 ) Plug (1
The ring-shaped projection (15a) on the lower surface of 5) is pressed in an airtight manner. As a result, it is a normally closed type. An example of the conventional expansion type laminated piezoelectric element (30) is shown in FIG. According to this, the ceramic plates (30b) are vertically laminated via the internal electrodes (30a), and the external electrodes (30c) are installed from both sides, and the entire length is extended by applying a voltage.

【0024】作動時、電圧が縮小型積層圧電素子(1)に
印加すると、電圧に比例して素子(1)が収縮する。この
収縮に合わせて撓んでいた板ばね(11)が伸張してプラグ
(15)並びに素子(11)を押し上げ、プラグ(15)の下面のリ
ング状突起(15a)がバルブシート面(16)から離間する。
この離間量は素子(1)の収縮量に一致する。これによ
り、素子(1)に加わる電圧により弁開度が正確に制御出
来ることになる。
When a voltage is applied to the reduction type laminated piezoelectric element (1) during operation, the element (1) contracts in proportion to the voltage. The leaf spring (11), which had been flexed according to this contraction, expanded and the plug
(15) and the element (11) are pushed up, and the ring-shaped protrusion (15a) on the lower surface of the plug (15) separates from the valve seat surface (16).
This separation amount corresponds to the contraction amount of the element (1). As a result, the valve opening can be accurately controlled by the voltage applied to the element (1).

【0025】弁体部(15b)が開くと、流体(20)が入り側
流体流路(18)の開口部(18a)からプラグ(15)のリング状
突起(15a)とバルブシート面(16)との制御された隙間を
通ってプラグ室(P)に入り、更に、排出溝(21)から出側
流体流路(22)を通って流出口(19)に至り、次行程の装置
に流体(20)の質量流量が正確に計量されて送り出され
る。 逆に、素子(1)に印加していた電圧が0になる
と、素子(1)は再び伸張して板ばね(11)に抗してプラグ
(15)を押し下げ開口部(18a)を閉じる。
When the valve body portion (15b) is opened, the fluid (20) flows from the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18) to the ring-shaped protrusion (15a) of the plug (15) and the valve seat surface (16). ) Enters the plug chamber (P) through a controlled gap, and further, from the discharge groove (21) through the outlet side fluid flow path (22) to the outlet (19), to the device of the next stroke. The mass flow rate of the fluid (20) is accurately metered and delivered. On the contrary, when the voltage applied to the element (1) becomes 0, the element (1) expands again and resists the leaf spring (11).
Push down (15) and close the opening (18a).

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の質量流量制御器の制御弁は、請
求項1に示すような構成であるので、常時閉型であるに
も拘わらずプラグを圧電素子が直接押圧して開口部を開
閉するという極めて簡素な構造であってコストも安く、
加えて従来例のように流体流路内にパーティクルやデッ
ドボリュウムの発生要因となるものも存在せず、詰まり
を生ずる危険性が非常に小さく、又、流路内に流体によ
って腐食されるような金属ばねも存在しないものであ
り、非常に安全性に優れているという効果を有する。
Since the control valve of the mass flow controller of the present invention has the structure as set forth in claim 1, the piezoelectric element directly presses the plug to open the opening portion although the control valve is always closed. It has an extremely simple structure that opens and closes, and the cost is low,
In addition, unlike the conventional example, there is no factor that causes particles or dead volume in the fluid channel, the risk of causing clogging is extremely small, and the fluid in the channel is corroded by the fluid. Since there is no metal spring, it has the effect of being extremely safe.

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

【図1】本発明にかかる質量流量制御器の流量制御部の
1実施例の断面図
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a flow rate control unit of a mass flow rate controller according to the present invention.

【図2】本発明に使用する縮小型積層圧電素子の概略斜
視図
FIG. 2 is a schematic perspective view of a reduction-type laminated piezoelectric element used in the present invention.

【図3】従来例の質量流量制御器の流量制御部の断面図FIG. 3 is a sectional view of a flow rate control unit of a conventional mass flow rate controller.

【図4】従来例で使用した縮小型積層圧電素子の概略斜
視図
FIG. 4 is a schematic perspective view of a reduction-type laminated piezoelectric element used in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(A)…質量流量制御器 (1)…縮小型積層圧電
素子 (11)…ばね (15)…プラグ (17)…本体ボディ (18)…流体流路 (18a)…開口部
(A)… Mass flow controller (1)… Reduced type laminated piezoelectric element (11)… Spring (15)… Plug (17)… Body body (18)… Fluid flow path (18a)… Opening

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年7月22日[Submission date] July 22, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Name of item to be amended] Detailed explanation of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】半導体や超LSIの製造プロセス
において、爆発性のモノシラン、ホスフィン、アルシン
や腐食性ガスであるHCl、Cl、ジクロロシラン
(SiHCl)など多種多様のガスや液体が使用さ
れているので、その流量制御の正確さは勿論、高い安全
性も要求されることになるが、本発明は例えばこのよう
なガスや液体の流量制御に用いられる質量流量制御器の
制御弁の改良に関する。
[Industrial application] In the manufacturing process of semiconductors and VLSIs, various gases and liquids such as explosive monosilane, phosphine, arsine and corrosive gases such as HCl, Cl 2 and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) are used. Therefore, not only the accuracy of the flow rate control but also the high safety are required. However, the present invention controls the mass flow rate controller used for controlling the flow rate of such gas or liquid, for example. Regarding the improvement of the valve.

【0002】[0002]

【従来の技術】前記、半導体や超LSIの製造プロセス
で使用されるガスや液体の質量流量制御器は、安全上の
観点から停電時にガスや液体の漏れをなくすために弁構
造を常時閉(ノーマリークローズ)型としている。
2. Description of the Related Art A gas or liquid mass flow controller used in the above-mentioned semiconductor or VLSI manufacturing process has a valve structure that is always closed in order to prevent gas or liquid leakage during a power failure from a safety point of view. Normally closed type.

【0003】この質量流量制御器は、少量の流体の質量
流量を正確に測定するセンサー部と、センサー部の流量
に比例して大量の流体を通過させるバイパス部と、前記
センサー部とバイパス部とから流出した流体の流量を正
確に制御して次行程の装置に供給する流量制御部とで構
成されている。この流量制御部に使用される制御弁に
は、熱膨張軸方式、電磁ソレノイド方式、積層圧
電素子方式などがある。最近では、に示す積層圧電素
子方式が普及し始めている。その理由は、(a)応答速
度が他の方式に比べてはるかに速いので、高速で供給さ
れているガスの質量流量制御が可能となる、(b)積層
圧電素子の発生圧が他方式に比べて格段に高く、弁の完
全な閉止が可能であり、しかも精密な弁操作が可能であ
って微小流量の流量制御が可能である、(c)駆動素子
としての消費電力が極めて低く、低コスト化を実現でき
る、(d)発熱がほとんどないために質量流量センサへ
の熱影響をほとんど無視する事ができ、熱に影響されな
い高精度の流量制御が可能である、(e)ヒステリシス
が少なく、高速且つ安定な質量流量制御が可能であると
いう特長のためである。
This mass flow controller includes a sensor section for accurately measuring the mass flow rate of a small amount of fluid, a bypass section for passing a large amount of fluid in proportion to the flow rate of the sensor section, the sensor section and the bypass section. And a flow rate control unit for accurately controlling the flow rate of the fluid flowing out from the device and supplying the fluid to the apparatus in the next step. The control valve used in this flow rate control unit includes a thermal expansion shaft type, an electromagnetic solenoid type, a laminated piezoelectric element type and the like. Recently, the laminated piezoelectric element method shown in 1 has begun to spread. The reason is that (a) the response speed is much faster than that of other methods, so that the mass flow rate of the supplied gas can be controlled at high speed. (B) The generated pressure of the laminated piezoelectric element is different from that of other methods. Compared to the above, the valve is remarkably high, the valve can be completely closed, the valve can be operated precisely, and the flow rate of a minute flow rate can be controlled. (C) The power consumption as a driving element is extremely low and low. Cost can be realized, (d) Since there is almost no heat generation, the heat influence on the mass flow rate sensor can be almost ignored, and highly accurate flow rate control not affected by heat is possible. (E) Little hysteresis This is because of the feature that high-speed and stable mass flow rate control is possible.

【0004】以上のような数々の特長を有するために、
高速、高精度、微小流量制御などが要求される半導体を
始め、超LSIや次世代の超LSIの製造にはこの積層
圧電素子を組み込んだ質量流量制御器が主流になると予
想されている。
In order to have various characteristics as described above,
It is expected that a mass flow controller incorporating this laminated piezoelectric element will become the mainstream in the manufacture of VLSIs and next-generation VLSIs, including semiconductors that require high speed, high accuracy, and minute flow rate control.

【0005】さて、従来の常時閉型質量流量制御器
(B)の弁構造は、図3に示すように、非常に複雑な構
造を余儀なくさせられている。以下、その構造を略述す
る。バイパス部(図示せず)よりも下流側の流体流路
(31)に開口部(31a)を備えたオリフィスブロッ
ク(33)が設けられている。弁頭部(34)とプラン
ジャー部(35)とで構成され、開口部(31a)の開
度を調節するプラグ(36)が前記弁頭部(34)を開
口部(31a)に近接した状態で設置されている。
Now, as shown in FIG. 3, the valve structure of the conventional normally closed mass flow controller (B) is forced to have a very complicated structure. The structure will be briefly described below. An orifice block (33) having an opening (31a) is provided in the fluid flow path (31) on the downstream side of the bypass section (not shown). A plug (36) including a valve head (34) and a plunger portion (35) for adjusting the opening of the opening (31a) brings the valve head (34) close to the opening (31a). It is installed in the state.

【0006】このプラグ(36)には、本体ボディ(2
9)の上部に設けられた弁ブロック(37)の下部空間
内に設けられた金属製ダイヤフラム(38)に接続され
ており、プランジャー部(35)に螺着されたプラグナ
ット(39)とダイヤフラム(38)との間に配設され
た圧縮スプリング(40)にて常時オリフィスブロック
(33)から離間する方向に押圧付勢されており、球体
(41)を介して上部の膨張型積層圧電素子(30)に
当接している。膨張型積層圧電素子(30)は電圧が印
加されると伸長するタイプの圧電素子である。
This plug (36) has a body (2
9) is connected to a metal diaphragm (38) provided in the lower space of a valve block (37) provided at the upper part of 9) and has a plug nut (39) screwed to the plunger part (35). A compression spring (40) provided between the diaphragm (38) and the diaphragm (38) constantly presses and biases the expansion block (33) in a direction away from the orifice block (33). It abuts the element (30). The expansion type laminated piezoelectric element (30) is a type of piezoelectric element that expands when a voltage is applied.

【0007】本体ボディ(29)には、前記ダイヤフラ
ム(38)に対応して凹所が形成されており、その底部
にガイドブロック(42)、その上部にオリフィスブロ
ック(33)が嵌め込まれており、ガイドブロック(4
2)の中央には本体ボディ(29)の入り側流体流路
(31)に連通するノズルブロック収納孔(42a)穿
設されており、オリフィスブロック(33)の中央には
前記プラグ(36)の弁頭部(34)が嵌り込む弁座孔
(33a)が穿設されている。
A recess is formed in the main body (29) so as to correspond to the diaphragm (38). A guide block (42) is fitted to the bottom of the body and an orifice block (33) is fitted to the top of the guide block. , Guide block (4
A nozzle block housing hole (42a) communicating with the inlet side fluid flow path (31) of the main body (29) is bored in the center of 2), and the plug (36) is placed in the center of the orifice block (33). Is formed with a valve seat hole (33a) into which the valve head (34) is fitted.

【0008】前記ノズルブロック収納孔(42a)は、
オリフィスブロック(33)に接する部分が太径に形成
され、その下側は細い通孔に形成されていて前記入り側
流体流路(31)に連通している。ノズルブロック(4
3)は、このノズルブロック収納孔(42a)に合わせ
て断面T字形に形成されており、その頭部(43a)が
ノズルブロック収納孔(42a)の太径孔(42b)に
嵌り込んでおり、ノズルブロック(43)の脚部(43
b)に嵌め込まれたコイルばね(44)で常時ノズルブ
ロック(43)の頭部がオリフィスブロック(33)の
下面座に圧接するように押圧付勢されている。(32)
はダイヤフラム(38)の空間からこの質量流量制御器
(B)の流体流出口(45)に連通する出側流出流路で
ある。
The nozzle block accommodating hole (42a) is
The portion in contact with the orifice block (33) is formed to have a large diameter, and the lower side thereof is formed into a thin through hole, which communicates with the inlet side fluid flow channel (31). Nozzle block (4
3) is formed in a T-shaped cross-section in accordance with the nozzle block housing hole (42a), and the head (43a) thereof is fitted into the large diameter hole (42b) of the nozzle block housing hole (42a). , The leg of the nozzle block (43) (43
The head of the nozzle block (43) is constantly urged by the coil spring (44) fitted in b) so that the head of the nozzle block (43) is in pressure contact with the lower surface seat of the orifice block (33). (32)
Is an outlet-side outflow passage communicating from the space of the diaphragm (38) to the fluid outlet (45) of the mass flow controller (B).

【0009】この質量流量制御器(B)は常時閉型であ
るから、コイルばね(44)で常時ノズルブロック(4
3)の頭部(43a)がオリフィスブロック(33)の
下面座に圧接するように押圧付勢されており、反面、プ
ラグ(36)は圧縮スプリング(40)にてその弁頭部
(34)がノズルブロック(43)の頭部(43a)か
ら離間しているように保持される。従って、ノズルブロ
ック(43)の頭部(43a)はオリフィスブロック
(33)の下面に押圧して入り側流体流路(31)と弁
座孔(33a)との連通を閉じている。
Since this mass flow rate controller (B) is a normally closed type, the nozzle block (4
The head (43a) of 3) is pressed and urged so as to come into pressure contact with the lower surface seat of the orifice block (33), while the plug (36) is compressed by the compression spring (40) to its valve head (34). Are held so as to be separated from the head portion (43a) of the nozzle block (43). Therefore, the head portion (43a) of the nozzle block (43) is pressed against the lower surface of the orifice block (33) to close the communication between the inlet side fluid flow channel (31) and the valve seat hole (33a).

【0010】ここで膨張型積層圧電素子(30)が印加
されて伸長すると圧縮スプリング(40)に抗してプラ
グ(39)が押し下げられてノズルブロック(43)の
頭部(43a)をその弁頭部(44)が押圧し、コイル
ばね(44)を圧縮する。これによりノズルブロック
(43)の頭部(43a)がオリフィスブロック(3
3)の下面から離間して入り側流体流路(31)と弁座
孔(33a)とが連通し、流体がこの連通した通路を通
って規定量だけ流れていく事になる。
Here, when the expansion type laminated piezoelectric element (30) is applied and expanded, the plug (39) is pushed down against the compression spring (40) and the head portion (43a) of the nozzle block (43) is pushed by the valve. The head (44) presses and compresses the coil spring (44). As a result, the head portion (43a) of the nozzle block (43) is moved to the orifice block (3
The inlet side fluid flow path (31) and the valve seat hole (33a) communicate with each other while being separated from the lower surface of 3), and the fluid flows through a specified amount through the communication path.

【0011】さて、この流体には前述のように腐食性の
ものや爆発性のものなど種々の性質のものがあり、しか
も次工程に供給される流体中には金属パーティクルなど
が混入してはならないという要求を始めその他厳しい要
求があるが、図から分かるように流路中には頻繁に伸縮
するコイルばね(44)が設置されているために腐食性
ガスを使用した場合にはコイルばね(44)が腐食され
て弾発力を次第に損ない、長時間の使用中にノズルブロ
ック(43)による閉塞力が次第に減じて常時閉機能が
損なわれるという問題がある。
The fluid has various properties such as corrosive and explosive as described above, and metal particles and the like should not be mixed in the fluid supplied to the next step. There are other strict requirements including the requirement that the coil spring (44) that expands and contracts frequently is installed in the flow path as shown in the figure. Therefore, when corrosive gas is used, the coil spring ( 44) is corroded and the elastic force is gradually impaired, and there is a problem that the closing force by the nozzle block (43) is gradually reduced during long-term use and the normally closed function is impaired.

【0012】又、流体流路(31)に頻繁に移動又は伸
縮するノズルブロック(43)や金属コイルばね(4
4)などが収納されているため、前記ノズルブロック
(43)やコイルばね(44)に起因するパーティクル
が発生する恐れがあり、流体の清浄度を保つ上でも問題
がある。
In addition, the nozzle block (43) and the metal coil spring (4) that frequently move or expand and contract in the fluid flow path (31).
Since 4) and the like are stored, particles may be generated due to the nozzle block (43) and the coil spring (44), and there is a problem in maintaining cleanliness of the fluid.

【0013】更に、流路(31)内にコイルばね(4
4)やノズルブロック(43)などがあるために流体の
種類を切り替える際、パージ出来ないデッドボリュウム
が発生して前行程の残留ガスと新たに供給したガスとの
間で化学反応を生じ、流路(31)内での内部生成物の
発生やこれによる流路の詰まりを生じたりするという問
題もある。
Further, a coil spring (4) is provided in the flow path (31).
4) and the nozzle block (43), when changing the type of fluid, dead volume that cannot be purged is generated, causing a chemical reaction between the residual gas in the previous stroke and the newly supplied gas, There is also a problem that internal products are generated in the passage (31) and the flow passage is clogged due to this.

【0014】このように、質量流量制御器(B)を常時
閉型にするために圧電素子(30)に膨張型を使用する
と、腐食性ガスに侵されやすい金属コイルばね(24)
を流体流路(31)に設置しなればならないとか、デッ
ドボリュウムとなるノズルブロック(43)を流体流路
(31)に設置しなければならないなど構造上の問題が
あり、又、複雑な構造のためにコストも高くなるという
経済的デメリットも発生する。
As described above, when the expansion type is used for the piezoelectric element (30) in order to keep the mass flow controller (B) always closed, the metal coil spring (24) is easily corroded by corrosive gas.
Need to be installed in the fluid flow path (31), or the nozzle block (43) that becomes a dead volume must be installed in the fluid flow path (31), and there is a structural problem. Because of this, there is also an economic disadvantage that the cost becomes high.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、常時閉型で
あるにも拘わらず構造が簡素であってコストも安く、流
体流路内にパーティクルやデッドボリュウムの発生要因
となるものも存在しない画期的な常時閉型質量流量制御
器を提供する事をその課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has a simple structure and a low cost in spite of the normally closed type, and there is no factor that causes particles or dead volume in the fluid passage. It is an object of the invention to provide an epoch-making normally closed mass flow controller.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の質量流量制御器
(A)の制御弁は、請求項1に示すように、『本体ボデ
ィ(17)に形成された流体流路(18)と、流体流路
(18)の開口部(18a)を開閉するプラグ(15)
と、プラグ(15)を前記開口部(18a)から離間す
る方向に付勢するばね(11)と、電圧が印加しない時
には前記ばね(11)に抗して伸張し、プラグ(15)
を開口部(18a)に押圧して閉塞し、電圧の印加時に
は収縮して前記ばね(11)の弾発力によってプラグ
(15)が開口部(18a)から離間する縮小型層圧電
素子(1)とで構成された事を特徴とする』ものであ
る。
A control valve of a mass flow controller (A) according to the present invention has a fluid flow passage (18) formed in a "main body (17)" as described in claim 1. Plug (15) for opening and closing the opening (18a) of the fluid channel (18)
A spring (11) for urging the plug (15) away from the opening (18a), and a spring (11) that extends when the voltage is not applied, against the spring (11),
Is pressed against the opening (18a) to close it, contracts when a voltage is applied, and the plug (15) is separated from the opening (18a) by the elastic force of the spring (11). ) And is characterized by being composed of '.

【0017】これにより、常時閉型であるにも拘わらず
構造が簡素であってコストも安く、流体流路内にパーテ
ィクルやデッドボリュウムの発生要因となるものも存在
しない画期的な常時閉型質量流量制御器を提供する事が
出来た。
As a result, in spite of the normally closed type, the structure is simple and the cost is low, and there is no factor that causes generation of particles or dead volume in the fluid flow path. We were able to provide a mass flow controller.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述す
る。図1は本発明にかかる質量流量制御器(A)の流量
制御部(Aa)の断面図である。(17)は本体ボディ
で、本体ボディ(17)の上面に連通開口する入り側流
体流路(18)と、入り側流体流路(18)の周囲に凹
設された排出溝(21)から流出口(19)に連通する
ように形成された出側流体流路(22)とが形成されて
いる。入り側流体流路(18)は、少量の流体(20)
の質量流量を正確に測定するセンサー部(図示せず)
と、センサー部の流量に比例して大量の流体を通過させ
るバイパス部(図示せず)とが合流している。入り側流
体流路(18)の開口部(18a)の周囲は、例えば金
メッキによるバルブシート面(16)が形成されてお
り、プラグ(15)が当接するようになっている。
The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a sectional view of a flow rate control unit (Aa) of a mass flow rate controller (A) according to the present invention. Reference numeral (17) denotes a main body body, which includes an inlet side fluid flow channel (18) communicating with the upper surface of the main body body (17) and a discharge groove (21) recessed around the inlet side fluid flow channel (18). An outlet side fluid channel (22) formed so as to communicate with the outlet (19) is formed. The inlet fluid flow path (18) contains a small amount of fluid (20).
Sensor unit (not shown) for accurately measuring the mass flow rate of
And a bypass section (not shown) that allows a large amount of fluid to pass in proportion to the flow rate of the sensor section. A valve seat surface (16) made of, for example, gold plating is formed around the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18) so that the plug (15) abuts.

【0019】本体ボディ(17)の上面には、中央部が
切除されて中空となっている下部ハウジング(13)が
設置固定されている。下部ハウジング(13)の下面に
は排出溝(21)を囲繞するようにリング状の爪(13
b)が突設されており、本体ボディ(17)の上面の食
い込んで排出溝(21)の周囲を完全に密封するように
なっている。
On the upper surface of the main body (17), a lower housing (13) having a hollow central portion is installed and fixed. A ring-shaped claw (13) is formed on the lower surface of the lower housing (13) so as to surround the discharge groove (21).
b) is projectingly provided so as to bite into the upper surface of the main body (17) to completely seal the periphery of the discharge groove (21).

【0020】下部ハウジング(13)の上には上部ハウ
ジング(12)が設置固定されており、下部ハウジング
(13)の上面に形成された凹段部(13a)に上部ハ
ウジング(12)の下面に形成された凸段部(12a)
が嵌り込んでおり、前記凹段部(13a)と凸段部(1
2a)との間にダイヤフラム(14)の外周部が気密状
に挾持固定されている。上部ハウジング(12)の中央
には、入り側流体流路(18)の開口部(18a)に合
わせてガイド孔(12b)が穿設されており、プラグ
(15)がスライドするようになっている。
An upper housing (12) is installed and fixed on the lower housing (13), and a concave step (13a) formed on the upper surface of the lower housing (13) is attached to the lower surface of the upper housing (12). Formed convex step (12a)
Is inserted, and the concave step portion (13a) and the convex step portion (1
The outer peripheral portion of the diaphragm (14) is sandwiched and fixed in an airtight manner between the outer peripheral portion of the diaphragm (2) and (2a). A guide hole (12b) is formed in the center of the upper housing (12) so as to match the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18), and the plug (15) slides. There is.

【0021】プラグ(15)は下部が太径となった断面
逆T字状のもので、この太径の弁体部(15b)の下面
には本体ボディ(17)の上面のバルブシート面(1
6)に接離するリング状突起(15a)が突設されてお
り、バルブシート面(16)にこのリング状突起(15
a)が接した場合、プラグ(15)の弁体部(15b)
を取り囲むプラグ室(P)と入り側流体流路(18)の
開口部(18a)とを完全に遮断出来るようになってい
る。又、弁体部(15b)の上面には前記ダイヤフラム
(14)の内周縁が固着されていて下部ハウジング(1
3)の中空部を覆い、プラグ室(P)を形成している。
プラグ(15)の上端はガイド孔(12a)から上方に
突出しており、この突出端にOリング(9)が嵌め込ま
れており、座金を(10)介して板ばね(11)が配設
されており、プラグ(15)をバルブシート面(16)
から離間させるように常時上方向に押し上げ付勢してい
る。尚、前記板ばね(11)は圧縮コイルばねに替える
事が出来ることは言うまでもない。この場合、図から分
かるように入り側流体流路(18)、プラグ室(P)並
びに出側流体流路(22)にはデッドボリュウムを生ず
るようななものは何等存在しない。
The plug (15) has an inverted T-shaped cross section with a large diameter at the bottom, and the valve seat surface (the upper surface of the main body (17) ( 1
A ring-shaped protrusion (15a) that comes in contact with and separates from the ring-shaped protrusion (6) is provided on the valve seat surface (16).
When a) contacts, the valve body part (15b) of the plug (15)
The plug chamber (P) that surrounds the inlet and the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18) can be completely blocked. Further, the inner peripheral edge of the diaphragm (14) is fixed to the upper surface of the valve body portion (15b), and the lower housing (1
The hollow chamber of 3) is covered to form a plug chamber (P).
The upper end of the plug (15) protrudes upward from the guide hole (12a), the O-ring (9) is fitted into this protruding end, and the leaf spring (11) is arranged via the washer (10). The plug (15) onto the valve seat surface (16)
It always pushes upward and urges it away from. It goes without saying that the leaf spring (11) can be replaced with a compression coil spring. In this case, as can be seen from the figure, there is nothing in the inlet side fluid passage (18), the plug chamber (P) and the outlet side fluid passage (22) that cause dead volume.

【0022】(7)はバルブケースで、上部ハウジング
(12)にボルト(8)にて固定されており、上端にス
トローク調整ねじ(5)が螺入されており、プラグ(1
5)の昇降ストローク調整を調整した後、固定ナット
(6)にてストローク調整ねじ(5)は固定される。
(1)は縮小型積層圧電素子で、下端に設けたプランジ
ャ部(4)の下面突起(4a)がプラグ(15)の上面
に接しており、縮小型積層圧電素子(1)の上面は球体
(3)を介して前記ストローク調整ねじ(5)の下面に
当接している。
A valve case (7) is fixed to the upper housing (12) by a bolt (8), and a stroke adjusting screw (5) is screwed into the upper end of the plug case (1).
After adjusting the lifting stroke adjustment of 5), the stroke adjusting screw (5) is fixed by the fixing nut (6).
(1) is a reduction type laminated piezoelectric element, the lower surface protrusion (4a) of the plunger portion (4) provided at the lower end is in contact with the upper surface of the plug (15), and the top surface of the reduction type laminated piezoelectric element (1) is a sphere. It is in contact with the lower surface of the stroke adjusting screw (5) via (3).

【0023】縮小型積層圧電素子(1)は電圧の印加が
なされて収縮するタイプのもので、図2に示すように内
部電極(1a)を介して板状セラミックス(1b)を横
方向に積層し、上端に外部電極(1c)を設置したもの
である。これにより、縮小型積層圧電素子(1)に電圧
が印加されない状態の場合、素子(1)は伸長していて
板ばね(11)に抗してプラグ(15)を押し下げ、バ
ルブシート面(16)にプラグ(15)の下面のリング
状突起(15a)を気密状に押圧している。これによ
り、常時閉型となる。尚、従来の膨張型積層圧電素子
(30)の例を図4に示す。これによれば、内部電極
(30a)を介してセラミック板(30b)を縦方向に
積層し、両側から外部電極(30c)を設置したもので
あり、電圧が印加する事により全長が伸張する。
The reduction-type laminated piezoelectric element (1) is of a type that contracts when a voltage is applied thereto, and as shown in FIG. 2, plate-like ceramics (1b) are laminated laterally via internal electrodes (1a). The external electrode (1c) is installed on the upper end. As a result, when no voltage is applied to the reduction-type laminated piezoelectric element (1), the element (1) is extended and pushes down the plug (15) against the leaf spring (11), and the valve seat surface (16 ), The ring-shaped protrusion (15a) on the lower surface of the plug (15) is pressed in an airtight manner. As a result, it is a normally closed type. An example of the conventional expansion type laminated piezoelectric element (30) is shown in FIG. According to this, the ceramic plates (30b) are vertically laminated via the internal electrodes (30a), and the external electrodes (30c) are installed from both sides, and the entire length is extended by applying a voltage.

【0024】作動時、電圧が縮小型積層圧電素子(1)
に印加すると、電圧に比例して素子(1)が収縮する。
この収縮に合わせて撓んでいた板ばね(11)が伸張し
てプラグ(15)並びに素子(11)を押し上げ、プラ
グ(15)の下面のリング状突起(15a)がバルブシ
ート面(16)から離間する。この離間量は素子(1)
の収縮量に一致する。これにより、素子(1)に加わる
電圧により弁開度が正確に制御出来ることになる。
In operation, the laminated piezoelectric element (1) having a reduced voltage
When applied to the element (1), the element (1) contracts in proportion to the voltage.
The leaf spring (11) that has been bent in accordance with this contraction expands and pushes up the plug (15) and the element (11), and the ring-shaped projection (15a) on the lower surface of the plug (15) is removed from the valve seat surface (16). Separate. This distance is the element (1)
Is equal to the contraction amount of. As a result, the valve opening can be accurately controlled by the voltage applied to the element (1).

【0025】弁体部(15b)が開くと、流体(20)
が入り側流体流路(18)の開口部(18a)からプラ
グ(15)のリング状突起(15a)とバルブシート面
(16)との制御された隙間を通ってプラグ室(P)に
入り、更に、排出溝(21)から出側流体流路(22)
を通って流出口(19)に至り、次行程の装置に流体
(20)の質量流量が正確に計量されて送り出される。
逆に、素子(1)に印加していた電圧が0になると、素
子(1)は再び伸張して板ばね(11)に抗してプラグ
(15)を押し下げ開口部(18a)を閉じる。
When the valve body (15b) is opened, the fluid (20)
Enters the plug chamber (P) through the controlled gap between the ring-shaped protrusion (15a) of the plug (15) and the valve seat surface (16) from the opening (18a) of the inlet side fluid flow path (18). Further, the discharge side fluid flow path (22) from the discharge groove (21)
Through to the outlet (19), the mass flow rate of the fluid (20) is accurately measured and sent to the apparatus in the next step.
On the contrary, when the voltage applied to the element (1) becomes 0, the element (1) expands again and pushes the plug (15) against the leaf spring (11) to close the opening (18a).

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の質量流量制御器の制御弁は、請
求項1に示すような構成であるので、常時閉型であるに
も拘わらずプラグを圧電素子が直接押圧して開口部を開
閉するという極めて簡素な構造であってコストも安く、
加えて従来例のように流体流路内にパーティクルやデッ
ドボリュウムの発生要因となるものも存在せず、詰まり
を生ずる危険性が非常に小さく、又、流路内に流体によ
って腐食されるような金属ばねも存在しないものであ
り、非常に安全性に優れているという効果を有する。
Since the control valve of the mass flow controller of the present invention has the structure as set forth in claim 1, the piezoelectric element directly presses the plug to open the opening portion although the control valve is always closed. It has an extremely simple structure that opens and closes, and the cost is low,
In addition, unlike the conventional example, there is no factor that causes particles or dead volume in the fluid channel, the risk of causing clogging is extremely small, and the fluid in the channel is corroded by the fluid. Since there is no metal spring, it has the effect of being extremely safe.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

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

【図1】本発明にかかる質量流量制御器の流量制御部の
1実施例の断面図
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a flow rate control unit of a mass flow rate controller according to the present invention.

【図2】本発明に使用する縮小型積層圧電素子の概略斜
視図
FIG. 2 is a schematic perspective view of a reduction-type laminated piezoelectric element used in the present invention.

【図3】従来例の質量流量制御器の流量制御部の断面図FIG. 3 is a sectional view of a flow rate control unit of a conventional mass flow rate controller.

【図4】従来例で使用した縮小型積層圧電素子の概略斜
視図
FIG. 4 is a schematic perspective view of a reduction-type laminated piezoelectric element used in a conventional example.

【符号の説明】 (A)…質量流量制御器 (1)…縮小型積
層圧電素子 (11)…ばね (15)…プラグ (17)…本体ボディ (18)…流体流
路 (18a)…開口部
[Explanation of Codes] (A) ... Mass flow controller (1) ... Reduced type laminated piezoelectric element (11) ... Spring (15) ... Plug (17) ... Main body (18) ... Fluid flow path (18a) ... Opening Department

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 本体ボディに形成された流体流路
と、流体流路の開口部を開閉するプラグと、プラグを開
口部から離間する方向に付勢するばねと、電圧が印加し
ない時には前記ばねに抗して伸張し、プラグを開口部に
押圧して閉塞し、電圧の印加時には収縮して前記ばねの
弾発力によってプラグが開口部から離間する縮小型積層
圧電素子とで構成された事を特徴とした質量流量制御器
の制御弁。
1. A fluid channel formed in a main body, a plug that opens and closes an opening of the fluid channel, a spring that biases the plug in a direction away from the opening, and the spring when no voltage is applied. It is composed of a reduction type laminated piezoelectric element that expands against the pressure, presses the plug against the opening to close it, contracts when a voltage is applied, and the plug is separated from the opening by the elastic force of the spring. A control valve for a mass flow controller.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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