JPH11194833A - Mass flow controller - Google Patents
Mass flow controllerInfo
- Publication number
- JPH11194833A JPH11194833A JP36011997A JP36011997A JPH11194833A JP H11194833 A JPH11194833 A JP H11194833A JP 36011997 A JP36011997 A JP 36011997A JP 36011997 A JP36011997 A JP 36011997A JP H11194833 A JPH11194833 A JP H11194833A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve seat
- diaphragm
- flow rate
- flow
- metal diaphragm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Lift Valve (AREA)
- Fluid-Driven Valves (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Flow Control (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、ガス等の流体の質
量流量を精密に制御することができるマスフローコント
ローラに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mass flow controller capable of precisely controlling a mass flow rate of a fluid such as a gas.
【0002】[0002]
【従来の技術】成膜処理やエッチング処理等を精度よく
行って半導体製品を製造するためには微量のプロセスガ
スを精度よく制御しながら流す必要がある。このときの
流量制御機器としては一般にマスフローコントローラが
用いられている。2. Description of the Related Art In order to manufacture a semiconductor product by performing a film forming process, an etching process and the like with high precision, it is necessary to flow a small amount of process gas while controlling it with high precision. At this time, a mass flow controller is generally used as a flow control device.
【0003】従来のマスフローコントローラMは、図4
に示すように微量流体(以下ガスを例にとって説明す
る。)の質量流量を検出するセンサ部2と、アクチュエ
ータ部80を備えた流量制御弁8と、これらを制御する
制御回路部3(詳細は図示せず)とにより主に構成され
ている。このマスフローコントローラMでは、まず流入
口(流入側継手)71から流入したガスは流入流路72
aの途中でセンサパイプ20と、このパイプと同一のパ
イプを所定数だけ詰めて所定の流量比率に設定したバイ
パス管路75とに分岐して流れ、これらは再び流入流路
72b部分で合流し流入流路72cまで流れるようにな
っている。A conventional mass flow controller M is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a sensor unit 2 for detecting a mass flow rate of a trace fluid (hereinafter, described as an example of a gas), a flow control valve 8 provided with an actuator unit 80, and a control circuit unit 3 for controlling these (details will be described below). (Not shown). In the mass flow controller M, first, gas flowing from an inflow port (inflow side joint) 71 is supplied to an inflow channel 72.
In the middle of a, the sensor pipe 20 and the same pipe as this pipe are packed into a predetermined number and branched into a bypass pipe 75 set at a predetermined flow ratio, and they flow again. It flows to the inflow channel 72c.
【0004】ここでセンサパイプ20は、例えば内径
0.5mm程度のステンレス管を略U字状に形成したも
ので、両端は上記流入流路72に開口している。センサ
パイプ20の上流側と下流側にはそれぞれ感熱コイル2
1、22が巻回されており、さらに他の抵抗体と組み合
わせてブリッジ回路を構成し、これらによってセンサ部
2を構成している。このセンサの感熱コイル21、22
はガス温度より高い一定温度に加熱されるのであるが、
上流側の感熱コイル21は、ガスが流れることによって
熱が奪われて温度が下がり、他方の下流側コイル22は
上流側で温まったガスが流れるために逆に温度が上がる
ことになり温度勾配が生じる。このような熱移動はブリ
ッジ回路の不平衡電圧として検出され、この電位差は質
量流量に比例することから質量流量センサとして機能す
る。尚、このような質量流量センサの種類としては、定
電流センサ(特公昭56-23094号)や定温度センサ(特公
平4-49893号)及び定温度差センサ(特開平1-150817
号)等があり、これらのセンサを適宜利用することがで
きる。Here, the sensor pipe 20 is, for example, a stainless pipe having an inner diameter of about 0.5 mm formed in a substantially U-shape, and both ends are open to the inflow channel 72. The upstream and downstream sides of the sensor pipe 20 are heat-sensitive coils 2 respectively.
1 and 22 are wound, and a bridge circuit is formed by combining with other resistors. The sensor circuit 2 is formed by these. The heat sensitive coils 21 and 22 of this sensor
Is heated to a constant temperature higher than the gas temperature,
The upstream heat-sensitive coil 21 is deprived of heat by the flow of gas, and its temperature is lowered. The temperature of the other downstream coil 22 is raised because the gas warmed on the upstream side flows. Occurs. Such heat transfer is detected as an unbalanced voltage in the bridge circuit, and this potential difference is proportional to the mass flow rate, and thus functions as a mass flow sensor. The types of such mass flow sensors include a constant current sensor (Japanese Patent Publication No. 56-23094), a constant temperature sensor (Japanese Patent Publication No. 4-49893), and a constant temperature difference sensor (Japanese Patent Laid-Open No. 1-150817).
No.), etc., and these sensors can be appropriately used.
【0005】次に、上記した質量流量センサ2からの流
量信号は、増幅回路によって増幅され、その後比較制御
回路へ入力される。ここで予め設定された設定流量信号
と比較され、その差分を無くすような駆動信号(バルブ
駆動電圧)がアクチュエータ部に入力され、その結果、
流量制御弁8の開度を調節してガス流量を制御すること
ができる。これらの制御は制御回路部3(図示せず)に
よって行われている。また、弁開度を精密に制御するに
は、数10μm程度のストローク範囲内で制御をすること
が必要となるためアクチュエータ部80としては、小さ
なストロークではあるが大きな推力を発生することがで
きる積層型圧電素子体が通常用いられている。Next, the flow signal from the mass flow sensor 2 is amplified by an amplifier circuit and then input to a comparison control circuit. Here, a drive signal (valve drive voltage) that is compared with a preset set flow rate signal and eliminates the difference is input to the actuator unit, and as a result,
The gas flow rate can be controlled by adjusting the opening of the flow control valve 8. These controls are performed by the control circuit unit 3 (not shown). Further, in order to precisely control the valve opening, it is necessary to control the stroke within a stroke range of about several tens of μm. Therefore, as the actuator section 80, a laminate that can generate a large thrust with a small stroke. A piezoelectric element is generally used.
【0006】図4の流量制御弁8のアクチュエータ部も
積層型圧電素子体80(以下、圧電アクチュエータとい
う)を用いており、金属製のダイアフラム(以下、金属
ダイアフラムという)を直接上下動させて流量制御する
流量制御弁である。この流量制御弁は、流入流路72c
の端部に設けられた金属製弁座81と、この弁座81に
対向してダイアフラム押さえ83によって周縁を挟持さ
れ、中央に平坦部を有しその外側に半円環状の弾性変形
部を形成した金属ダイアフラム82と、内部に積層型圧
電素子体80を収容し、金属ダイアフラム82を押圧す
るようになした弁棒84と、この弁棒84を常時弁座8
1に当接させて閉弁状態におくためのバネ部材88等か
ら構成されている。ここで積層型圧電素子体80の上端
は調節部材89に係止されており、一方の下端は弁棒8
4を貫通してブロック状本体7に載置されたブリッジ部
材85に支持されている。又、金属ダイアフラム5と金
属弁座81との間を押圧させるために、上部からダイア
フラムに圧をかけるよう押圧部分86が本例では弁棒と
一緒に設置されている。この他にはダイアフラムスペー
サ部材を別体で設けることがある。[0006] The actuator portion of the flow control valve 8 in FIG. 4 also uses a laminated piezoelectric element body 80 (hereinafter, referred to as a piezoelectric actuator), and directly moves a metal diaphragm (hereinafter, referred to as a metal diaphragm) up and down to flow the gas. It is a flow control valve to be controlled. This flow control valve is provided with an inflow passage 72c.
And a metal valve seat 81 provided at an end of the metal plate, and a peripheral edge thereof is sandwiched by a diaphragm holder 83 so as to face the valve seat 81, and has a flat portion at the center and a semi-circular elastic deformation portion formed outside the flat portion. Metal diaphragm 82, a valve rod 84 that accommodates the laminated piezoelectric element body 80 therein and presses the metal diaphragm 82, and the valve rod 84 is always in the valve seat 8
1 and a spring member 88 for bringing the valve into a closed state. Here, the upper end of the laminated piezoelectric element body 80 is locked by an adjusting member 89, and one lower end is connected to the valve rod 8.
4 and is supported by a bridge member 85 placed on the block-shaped main body 7. In order to press the space between the metal diaphragm 5 and the metal valve seat 81, a pressing portion 86 is provided together with the valve stem in this example so as to apply pressure to the diaphragm from above. In addition, the diaphragm spacer member may be provided separately.
【0007】従って、電圧印可によって積層型圧電素子
体80が伸張すると、その推力の方向は、ブリッジ部材
85によって反転しバネ部材88に抗して弁棒84を押
し上げる方向に作用する。その結果、金属ダイアフラム
82は自身の復元力によって弁座81から離間して流量
が調節されるものである。尚、この例はノーマリークロ
ーズ型の流量制御弁を示しているが、ブリッジ部材やバ
ネ部材の構造を変更したノーマリーオープン型の流量制
御弁も従来より用いられている。[0007] Therefore, when the laminated piezoelectric element body 80 is expanded by applying a voltage, the direction of the thrust is reversed by the bridge member 85 and acts in the direction of pushing up the valve stem 84 against the spring member 88. As a result, the metal diaphragm 82 is separated from the valve seat 81 by its own restoring force and the flow rate is adjusted. Although this example shows a normally closed type flow control valve, a normally open type flow control valve in which the structure of a bridge member or a spring member is changed has been conventionally used.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】以上のように金属ダイ
アフラムを金属製弁座に直接接離(当接と離間をい
う。)させる流量制御弁では、金属ダイアフラムの剛性
が低いために接触面(以下、シール面という。)がうね
って閉め切り時のシール性が比較的悪いことがある。そ
のため金属ダイアフラムを弁座に当接させた後、さらに
押圧力を与えてシール面圧を上げることが行われる。こ
のときの押圧力を予圧と言っているが、例えばおよそ4
0μmの変位を発生する圧電アクチュエータを用いた場
合、全変位量の内約32μm(80%)程度は弁座に当
接するまでの流量調節のストロークに利用され、残りの
約8μm(20%)程度が弁座当接後のシール面圧発生
のための変位(実際はこのときは既に弁座にダイアフラ
ムが当接しており変位なしで弁座に押し付けるだけ)に
利用されている。As described above, in a flow control valve in which a metal diaphragm is directly brought into contact with or separated from a metal valve seat (contact and separation), the contact surface (because of the low rigidity of the metal diaphragm). (Hereinafter referred to as a sealing surface.) In some cases, the sealing property at the time of closing and closing is relatively poor. Therefore, after the metal diaphragm is brought into contact with the valve seat, a further pressing force is applied to increase the seal surface pressure. The pressing force at this time is called a preload.
When a piezoelectric actuator that generates a displacement of 0 μm is used, about 32 μm (80%) of the total displacement is used for a flow control stroke until it comes into contact with a valve seat, and the remaining about 8 μm (20%) Is used for displacement (actually, at this time, the diaphragm is already in contact with the valve seat and is simply pressed against the valve seat without displacement) after the contact of the valve seat.
【0009】しかしながら、 (1)従来、弁棒の下端部やダイアフラムスペーサの押
圧面が平面であったため、金属ダイアフラムのほぼ全面
に押圧力が分散してしまい、弁座とのシール性能低下の
原因となっていた。また、ダイアフラムにうねりや偏変
形を与える原因とも考えられた。 (2)また、ダイアフラムスペーサの押圧面は加工上フ
ライス盤で切削するため、面の中央部に切削されきれな
い凸部が残る。よってダイアフラムスペーサが金属ダイ
アフラムを押し下げ弾性変形させる際、凸部が原因とな
って金属ダイアフラムが予想と異なる変位を起こし、シ
ール性能が悪化してしまう。 以上のことよりシール性能が悪化すると応答時間が遅く
なり、全開流量も少なくなってしまうという問題があっ
た。However, (1) Conventionally, since the lower end portion of the valve stem and the pressing surface of the diaphragm spacer are flat, the pressing force is scattered over almost the entire surface of the metal diaphragm, causing a reduction in the sealing performance with the valve seat. Had become. It was also considered to be the cause of undulation and partial deformation of the diaphragm. (2) Further, since the pressing surface of the diaphragm spacer is cut by a milling machine in processing, a convex portion that cannot be cut remains at the center of the surface. Therefore, when the diaphragm spacer pushes down and elastically deforms the metal diaphragm, the metal diaphragm causes an unexpected displacement due to the convex portion, thereby deteriorating the sealing performance. As described above, when the sealing performance is deteriorated, there is a problem that the response time is delayed and the fully open flow rate is reduced.
【0010】以上のことより、本発明は上記の問題を解
決するもので、流量制御のシール性能を向上させること
で、全開流量を増大させ応答時間を早くしたマスフロー
コントローラを提供するものである。In view of the above, the present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has an object to provide a mass flow controller in which the response time is increased by increasing the fully open flow rate by improving the sealing performance of the flow rate control.
【0011】[0011]
【発明を解決するための手段】本発明は、センサ流路内
を流れる流体の流量を検出する流量センサ部と、流体の
流量を制御する流量制御弁と、制御回路部とを有するマ
スフローコントローラにおいて、前記流量制御弁は、流
入側流路および流出側流路を有する流量制御弁本体と、
前記流入側流路端に設けた弁座と、この弁座に接離する
平坦部を有した金属製ダイアフラムと、この金属製ダイ
アフラムの上部に位置し弁座側に押圧力を発生させるア
クチュエータと、からなり、前記アクチュエータの下部
に前記金属製ダイアフラムを押圧するダイアフラムスペ
ーサを設け、前記弁座と金属製ダイアフラムとの接触面
を除くダイアフラムスペーサの押圧面に凹部を設けたマ
スフローコントローラである。ここで、弁座と金属ダイ
アフラムとのシール性を高めるためには、ダイアフラム
スペーサのダイアフラムと接触する部分が同一平面上に
なるよう設定し、均等に圧力がかけられる状態にするこ
とが望ましい。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a mass flow controller having a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid flowing in a sensor flow path, a flow control valve for controlling a flow rate of the fluid, and a control circuit. The flow control valve, a flow control valve body having an inflow side flow path and an outflow side flow path,
A valve seat provided at the end of the inflow-side flow path, a metal diaphragm having a flat portion which comes into contact with and separates from the valve seat, and an actuator which is located above the metal diaphragm and generates a pressing force on the valve seat side; And a diaphragm spacer for pressing the metal diaphragm below the actuator, and a concave portion provided on a pressing surface of the diaphragm spacer excluding a contact surface between the valve seat and the metal diaphragm. Here, in order to enhance the sealing property between the valve seat and the metal diaphragm, it is desirable that the portion of the diaphragm spacer that is in contact with the diaphragm is set to be on the same plane so that pressure is evenly applied.
【0012】この発明によれば、凹部を設けたことによ
り金属ダイアフラムを押しつけるダイアフラムスペーサ
との押圧面積が小さくなり、弁座と金属ダイアフラムと
のシール部に集中して圧力をかけることが出来るので、
ガスに対するシール性能を上げることが出来る。また、
ダイアフラムスペーサの中央部に凹部を設けることにな
るから、従来生じていた凸部を同時に取り去ることにな
り金属ダイアフラムの変位、変形に悪影響を与えること
がなくなる。以上のことより、従来シール面圧を上げる
ために用いていた圧電アクチュエータの変位を流量調節
のストローク側にまわして利用できる。よって、制御可
能な流量範囲が拡大するし、バルブ駆動電圧も小さくて
すむことになる。尚、このダイアフラムスペーサの接触
部の形状は、通常円環状であるがダイアフラムや弁座の
形状・寸法、及びガスの種類等の関係から選択されるも
のであり、例えば入り組んで湾曲した閉曲線などでもよ
い。また、接触面がダイアフラムスペーサの上下移動方
向に垂直でなくともかまわない。According to the present invention, the provision of the concave portion reduces the pressing area with the diaphragm spacer that presses the metal diaphragm, so that pressure can be concentrated on the seal between the valve seat and the metal diaphragm.
The sealing performance against gas can be improved. Also,
Since the concave portion is provided at the center of the diaphragm spacer, the convex portion which has conventionally occurred is removed at the same time, and the displacement and deformation of the metal diaphragm are not adversely affected. As described above, the displacement of the piezoelectric actuator, which has been conventionally used to increase the seal surface pressure, can be used by transferring it to the stroke side for adjusting the flow rate. Therefore, the controllable flow rate range is expanded and the valve drive voltage can be reduced. The shape of the contact portion of the diaphragm spacer is usually annular, but is selected based on the relationship between the shape and dimensions of the diaphragm and the valve seat, the type of gas, and the like. Good. Also, the contact surface does not have to be perpendicular to the vertical movement direction of the diaphragm spacer.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図1は、本発明のマスフローコントロ
ーラの一実施例を示す縦断面図である。図2は、弁座周
りの拡大図である。尚、ここで図4と同一の構成につい
ては同一符号を付している。先ず、図1のマスフローコ
ントローラ1Aの全体構成について説明する。マスフロ
ーコントローラ本体1は、ステンレス材(SUS316L)等
からなり流出側継手部を備えた本体1aと流入側継手部
を備えた本体1bとから構成されている。本体1aは流
量制御弁本体部分と継手部分とを含む一体的なブロック
状で、その流路は流入口11と繋がる流入流路12a、
バイパス流路15、流入流路12b、流入流路12cと
流れ、流路12cの端部にはステンレス(SUS316L)材
等からなる金属製の弁座4がかしめ手段により装着され
ている。そして弁座4に対向して金属製のダイアフラム
5(以下、金属ダイアフラムという。)が配置されてお
り、この金属ダイアフラム5によって流入側流路12と
流出側流路13とが仕切られ、金属ダイアフラム5は弁
座4のシール面に直接接離するようになっている。さら
にこの金属ダイアフラム5に仕切られた弁座4の周囲に
流出流路13aが直接拡がっており、流出流路13aの
内壁13wは弁座の取付け部となっている。そして、流
出流路13aは90度折れ曲がって流出流路13bと流
出口14に繋がっている。従って、上記流入側流路12
cから流出流路13bまでは流量制御弁の部分であり、
以下この部分はマスフローコントローラ本体の中でも特
に流量制御弁本体という。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of the mass flow controller of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view around the valve seat. Here, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. First, the overall configuration of the mass flow controller 1A in FIG. 1 will be described. The mass flow controller main body 1 is composed of a main body 1a made of stainless steel (SUS316L) or the like and having an outflow-side joint and a main body 1b having an inflow-side joint. The main body 1a is an integrated block including a flow control valve main body part and a joint part, and its flow path is an inflow flow path 12a connected to the inflow port 11,
A metal valve seat 4 made of stainless steel (SUS316L) or the like is attached to an end of the flow path 12c by a caulking means. A metal diaphragm 5 (hereinafter, referred to as a metal diaphragm) is disposed so as to face the valve seat 4, and the metal diaphragm 5 separates the inflow-side flow path 12 and the outflow-side flow path 13 from each other. Reference numeral 5 directly contacts and separates from the sealing surface of the valve seat 4. Further, the outflow channel 13a extends directly around the valve seat 4 partitioned by the metal diaphragm 5, and the inner wall 13w of the outflow channel 13a is a mounting portion of the valve seat. The outflow channel 13a is bent at 90 degrees and is connected to the outflow channel 13b and the outflow port 14. Therefore, the inflow side flow path 12
From c to the outflow channel 13b is a flow control valve portion,
Hereinafter, this part is particularly referred to as a flow control valve main body in the mass flow controller main body.
【0014】さらに本体1aは、従来と同様に流出側継
手部分を別体としたものでも良いが、一体の方が流入側
流路12b、12cと流出側流路13b及び上部開口の
流路13aを同芯加工する上で効率的である。また、弁
座4を本体1aに取り付けるにはねじ込み手段でも良
く、あるいは弁座4は本体1aと一体もので本体1aか
ら削り出しで成形することもできる。ただし取付部分の
寸法は従来とほぼ同じとし、弁座流入口41の口径は肉
厚強度上可能な限り大きくとることが好ましい。そして
流入口41の途中からは外方に拡がるテーパ内面42と
なし出来る限り外周側に拡がった弁座口43を形成して
いる。また同時に少なくとも流量制御弁本体部分の上面
16と弁座流出口の接触面44(以下シール面44とい
う。)の高さ位置は同一面に形成し、弁座取付け後、弁
座シール面44と本体上面16とを同時にラップ仕上げ
が可能なようにしている。尚、このラップ仕上げは、結
果的にマスフローコントローラ本体1aの上面16の全
体が0.2S程度の鏡面に仕上げられるのでセンサ部の
メタルOリングのシール面にも良好で加工上また組立上
きわめて効率的である。Further, the main body 1a may have a separate outlet-side joint portion as in the prior art. However, the main body 1a is preferably integrated with the inlet-side channels 12b and 12c, the outlet-side channel 13b, and the upper-opening channel 13a. In concentric processing. In order to attach the valve seat 4 to the main body 1a, a screwing means may be used. Alternatively, the valve seat 4 may be formed integrally with the main body 1a by being cut out from the main body 1a. However, it is preferable that the size of the mounting portion is substantially the same as the conventional one, and the diameter of the valve seat inlet 41 is as large as possible in view of the wall thickness. A tapered inner surface 42 that extends outward from the middle of the inflow port 41 forms a valve seat opening 43 that extends as far as possible to the outer peripheral side. At the same time, at least the height position of the upper surface 16 of the flow control valve main body and the contact surface 44 (hereinafter referred to as a sealing surface 44) of the valve seat outlet is formed on the same surface. The upper surface 16 of the main body can be simultaneously lap-finished. In this lapping, the entire upper surface 16 of the mass flow controller main body 1a is finally finished to a mirror surface of about 0.2S, so that the sealing surface of the metal O-ring of the sensor portion is also good, and the processing and assembly are extremely efficient. It is a target.
【0015】その後、この鏡面仕上げされた本体上面1
6に対して、メタルOリング69bとスペーサ69a、
弁座スペーサ(80μm程度)69cを介して金属製ダ
イアフラム5を載置し、ダイアフラム押さえ62によっ
て金属製ダイアフラム5の周縁部を挟着し、その上にハ
ウジング63とフタ64をボルトを用いて本体1aに締
結している。一方、金属ダイアフラム5の上面には円盤
状のダイアフラムスペーサ61が乗せられており、先に
述べたように金属ダイアフラム5とのシール面44を除
く中央部に凹部61aが設けてある。通常金属ダイアフ
ラム5は弁座のシール面44の形に合うように円形状な
為、押付け面圧が金属ダイアフラムに均等にかかるよう
にダイアフラムスペーサ61の凹部61aも接触面に対
し円形状に設ける方がよい。ダイアフラムスペーサ61
は調芯作用のある硬球65とピエゾスペーサ66及びベ
アリング66aを介して圧電アクチュエータ60の押圧
力を伝達するようにしている。Then, the mirror-finished main body upper surface 1
6, a metal O-ring 69b and a spacer 69a,
The metal diaphragm 5 is placed via a valve seat spacer (approximately 80 μm) 69c, the peripheral portion of the metal diaphragm 5 is clamped by the diaphragm retainer 62, and the housing 63 and the lid 64 are mounted on the main body using bolts. 1a. On the other hand, a disk-shaped diaphragm spacer 61 is mounted on the upper surface of the metal diaphragm 5, and the concave portion 61 a is provided at the center except for the sealing surface 44 with the metal diaphragm 5 as described above. Usually, since the metal diaphragm 5 is circular so as to match the shape of the sealing surface 44 of the valve seat, the concave portion 61a of the diaphragm spacer 61 is also provided in a circular shape with respect to the contact surface so that the pressing surface pressure is evenly applied to the metal diaphragm. Is good. Diaphragm spacer 61
Is designed to transmit the pressing force of the piezoelectric actuator 60 via the hard ball 65 having the centering action, the piezo spacer 66, and the bearing 66a.
【0016】圧電アクチュエータ60は、ステンレス等
の金属製、望ましくは熱膨張係数が積層圧電体素子のそ
れに近い金属材料からなるケース内に積層型圧電素子体
を密封したもので、その上部はハウジングキャップ68
aとナット68bによってハウジング63に対し軸芯を
合わせた状態で螺合し組み付けられている。このマスフ
ローコントローラは、通常はばね67によって圧電アク
チュエータ60は押し上げられており、よって金属ダイ
アフラム5は自己の弾性力により離座した開弁状態とな
っている。そして、通電によってばね力に抗してダイア
フラムスペーサ61を下方に押し下げ、金属ダイアフラ
ム5の移動量を調節して流量制御を行うノーマリーオー
プン型のマスフローコントローラである。尚、これは上
述した従来と同様のノーマリークローズ型のマスフロー
コントローラに構成することも可能である。The piezoelectric actuator 60 is formed by sealing a laminated piezoelectric element in a case made of a metal such as stainless steel, preferably a metal material having a thermal expansion coefficient close to that of the laminated piezoelectric element. 68
a and the nut 68b are screwed and assembled to the housing 63 in a state where the axes are aligned. In this mass flow controller, the piezoelectric actuator 60 is normally pushed up by the spring 67, and thus the metal diaphragm 5 is in a valve-open state in which the metal diaphragm 5 is separated by its own elastic force. Then, this is a normally open type mass flow controller for controlling the flow rate by adjusting the amount of movement of the metal diaphragm 5 by pushing down the diaphragm spacer 61 against the spring force by energization. This can be configured as a normally closed mass flow controller similar to the above-described conventional one.
【0017】ところで上記した各部材は基本的にはステ
ンレス材(SUS316Lなど)で形成されているが、金属ダ
イアフラム5については、Co基合金やNi−Co合
金、例えば本実施例では、重量%でNi13〜18%、
Cr18〜23%、Mo5〜9%、Co38〜44%、
残部Feおよび不純物からなる高弾性金属材料から構成
し、耐食性と耐久性が高く、自己復元力を有するものと
している。そして厚さ約0.15mm程度の円形薄板
で、中央部に平坦部51とその外側に環状で断面半円形
の弾性変形部52を、更にその外側に挟着周縁部53を
形成したものである。さらに剛性をアップするために平
坦部に同材料の円形薄板をスポット溶接又は接着剤など
で一体的に貼り付けたものを使用することもできる。Each of the above members is basically made of stainless steel (SUS316L or the like). However, for the metal diaphragm 5, a Co-based alloy or a Ni—Co alloy, for example, Ni 13-18%,
Cr 18-23%, Mo 5-9%, Co 38-44%,
It is made of a highly elastic metal material composed of a balance of Fe and impurities, has high corrosion resistance and durability, and has a self-restoring force. A circular thin plate having a thickness of about 0.15 mm has a flat portion 51 in the center, an elastically deformable portion 52 having a semicircular cross-section outside the center, and a sandwiching peripheral portion 53 outside the flat portion 51. . In order to further increase the rigidity, it is also possible to use a flat thin plate made of a circular thin plate of the same material integrally attached by spot welding or an adhesive.
【0018】次に図2を参照してこのマスフローコント
ローラ1Aをさらに説明する。まず、上述した通り弁座
4のシール面44と少なくとも流量制御弁本体の上面1
6とは同一面になるように組み付け、その後ラップ仕上
げを行っている。これによって弁座のシール面44と金
属ダイアフラム5とダイアフラム押さえ62等を積み重
ねていく面との平面度が一致し、またアクチュエータの
軸芯と弁座や金属ダイアフラム、ダイアフラムスペーサ
の軸芯が一致する。よって、圧電アクチュエータの全ス
トロークを無駄なく有効に利用できる。また弁座のシー
ル面と金属ダイアフラムの平坦部が常に平面を保って移
動するのでより精密な流量制御ができるようになる。Next, the mass flow controller 1A will be further described with reference to FIG. First, as described above, the sealing surface 44 of the valve seat 4 and at least the upper surface 1 of the flow control valve body
6 is assembled so that it is on the same surface, and then lapping is performed. As a result, the flatness of the sealing surface 44 of the valve seat, the surface on which the metal diaphragm 5 and the diaphragm retainer 62 are stacked coincide, and the axis of the actuator coincides with the axis of the valve seat, the metal diaphragm, and the diaphragm spacer. . Therefore, the entire stroke of the piezoelectric actuator can be effectively used without waste. In addition, since the sealing surface of the valve seat and the flat portion of the metal diaphragm always move while keeping the plane, more precise flow control can be performed.
【0019】次に、この弁座4の内面42はテーパ状に
拡がっており、端部の弁座流出口43は金属ダイアフラ
ムの平坦部51の最外周領域に位置し、シール面44が
形成されている。本実施例ではシール面44よりダイア
フラムスペーサ61の外径の方を若干大きくなるように
し、また内側は凹部61aを設けて面圧を上げると共に
金属ダイアフラムの中央のうねりや変形を無視できるよ
うにしてシール性能を向上させている。この際ダイアフ
ラムスペーサ61に設ける凹部61aの幅、深さなどは
ダイアフラムスペーサ61の剛性を損わないよう設定し
なければならない。Next, the inner surface 42 of the valve seat 4 is tapered, and the valve seat outlet 43 at the end is located in the outermost peripheral region of the flat portion 51 of the metal diaphragm, and a sealing surface 44 is formed. ing. In this embodiment, the outer diameter of the diaphragm spacer 61 is made slightly larger than that of the sealing surface 44, and a concave portion 61a is provided on the inner side to increase the surface pressure and to make it possible to ignore the undulation and deformation at the center of the metal diaphragm. Improves sealing performance. At this time, the width, depth, and the like of the concave portion 61a provided in the diaphragm spacer 61 must be set so as not to impair the rigidity of the diaphragm spacer 61.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように本発明のマスフロー
コントローラは、 (1)ダイアフラムスペーサに凹部を設けたことにより
金属ダイアフラムとの接触面積が小さくなることでシー
ル面圧がダイアフラムと弁座との間で十分にかかり、弁
座とのシール性能が向上した。 (2)切削加工上残ってしまうダイアフラムスペーサの
金属ダイアフラムとの接触面の凸部を無くすことにより
金属ダイアフラムの中心を対称に変形させることがで
き、ガスに対する弁座とのシール性能が高まった。As described above, the mass flow controller of the present invention has the following advantages. (1) The contact area between the diaphragm and the valve seat is reduced by providing a concave portion in the diaphragm spacer to reduce the contact area with the metal diaphragm. The gap between the valve seats was sufficient, and the sealing performance with the valve seat was improved. (2) The center of the metal diaphragm can be deformed symmetrically by eliminating the convex portion of the contact surface of the diaphragm spacer with the metal diaphragm which remains after the cutting, and the sealing performance with respect to the gas and the valve seat is improved.
【0021】このシール性能を向上させることによっ
て、シール面圧を上げるために用いていた変位(予圧)
が少なくてすみ、その分を流量調節のためのストローク
側に利用できる。よって図3に示すとおり、 (1)全開流量が増大した(Q1<Q2)。 (2)流れだし電圧が小さくなり(V2<V1)、これに
より制御の面から無駄時間が減少され、応答時間の短縮
に繋がった。 以上のようにシール性能を向上させることで、全開流量
を増大させ応答時間を早くしたマスフローコントローラ
を提供することができた。The displacement (preload) used to increase the sealing surface pressure by improving the sealing performance.
And the amount can be used on the stroke side for adjusting the flow rate. Therefore, as shown in FIG. 3, (1) the fully open flow rate increased (Q 1 <Q 2 ). (2) The starting voltage is reduced (V 2 <V 1 ), thereby reducing the dead time in terms of control and leading to a reduction in response time. As described above, by improving the sealing performance, it was possible to provide a mass flow controller having an increased full open flow rate and a quick response time.
【図1】 本発明の一実施例を示すマスフローコントロ
ーラの縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a mass flow controller showing one embodiment of the present invention.
【図2】 図1の弁座部分の拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a valve seat portion of FIG.
【図3】 流量−バルブ電圧の関係の模式図FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a flow rate and a valve voltage.
【図4】 従来のマスフローコントローラの一例を示す
縦断面図。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional mass flow controller.
1A、M:マスフローコントローラ 2:セ
ンサー部 3:制御回路部 4:弁
座 5:金属ダイアフラム 6:流
量制御弁 11:流入口 12
(a、b、c):流入流路 13(a、b):流出流路 14:
流出口 15:バイパス流路 20:
センサパイプ 21:上流側コイル 22:
下流側コイル 41:弁座の流入口 42:
テーパ内面 43:弁座口 44:
弁座のシール面 51:金属ダイアフラムの平坦部 52:
弾性変形部 53:金属ダイアフラムの周縁部 60:圧電アクチュエータ 61:
ダイアフラムスペーサ 61a:ダイアフラムスペーサ凹部 62:
ダイアフラム押さえ 63:ハウジング 64:
フタ 65:硬球 66:
ピエゾスペーサ 66a:ベアリング 67:
ばね 68a:ハウジングキャップ 68
b:ナット 69a:外径スペーサ 69
b:メタルOリング 69c:弁座スペーサ1A, M: Mass flow controller 2: Sensor part 3: Control circuit part 4: Valve seat 5: Metal diaphragm 6: Flow control valve 11: Inlet 12
(A, b, c): Inflow channel 13 (a, b): Outflow channel 14:
Outlet 15: Bypass flow path 20:
Sensor pipe 21: Upstream coil 22:
Downstream coil 41: Inlet of valve seat 42:
Tapered inner surface 43: Valve seat opening 44:
Seal surface of valve seat 51: Flat portion of metal diaphragm 52:
Elastic deformation part 53: Peripheral part of metal diaphragm 60: Piezoelectric actuator 61:
Diaphragm spacer 61a: Diaphragm spacer recess 62:
Diaphragm holder 63: Housing 64:
Lid 65: Hard ball 66:
Piezo spacer 66a: Bearing 67:
Spring 68a: Housing cap 68
b: Nut 69a: Outer diameter spacer 69
b: Metal O-ring 69c: Valve seat spacer
Claims (1)
する流量センサ部と、流体の流量を制御する流量制御弁
と、制御回路部とを有するマスフローコントローラにお
いて、前記流量制御弁は、 流入側流路および流出側流路を有する流量制御弁本体
と、 前記流入側流路端に設けた弁座と、 この弁座に接離する平坦部を有した金属製ダイアフラム
と、 この金属製ダイアフラムの上部に位置し、弁座側に押圧
力を発生させるアクチュエータと、 からなり、前記アクチュエータの下部に前記金属製ダイ
アフラムを押圧するダイアフラムスペーサを設け、前記
弁座と金属製ダイアフラムとの接触面を除くダイアフラ
ムスペーサの押圧面に凹部を設けたことを特徴とするマ
スフローコントローラ。1. A mass flow controller comprising: a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid flowing in a sensor flow path; a flow control valve for controlling a flow rate of a fluid; and a control circuit, wherein the flow control valve includes an inflow A flow control valve main body having a side flow path and an outflow side flow path, a valve seat provided at an end of the inflow side flow path, a metal diaphragm having a flat portion which comes into contact with and separates from the valve seat, and the metal diaphragm An actuator that generates a pressing force on the valve seat side, and a diaphragm spacer that presses the metal diaphragm is provided below the actuator, and a contact surface between the valve seat and the metal diaphragm is formed. A mass flow controller characterized in that a concave portion is provided on a pressing surface of a diaphragm spacer to be removed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36011997A JPH11194833A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Mass flow controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36011997A JPH11194833A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Mass flow controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11194833A true JPH11194833A (en) | 1999-07-21 |
Family
ID=18467990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36011997A Pending JPH11194833A (en) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | Mass flow controller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11194833A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11280932A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Taiheiyo Cement Corp | Drive device |
US6736370B1 (en) | 2002-12-20 | 2004-05-18 | Applied Materials, Inc. | Diaphragm valve with dynamic metal seat and coned disk springs |
US7448276B2 (en) | 2002-12-20 | 2008-11-11 | Applied Materials, Inc. | Capacitance dual electrode pressure sensor in a diffusion bonded layered substrate |
US7798388B2 (en) | 2007-05-31 | 2010-09-21 | Applied Materials, Inc. | Method of diffusion bonding a fluid flow apparatus |
CN105144013A (en) * | 2013-10-21 | 2015-12-09 | 株式会社堀场Stec | Fluid control valve |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP36011997A patent/JPH11194833A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11280932A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Taiheiyo Cement Corp | Drive device |
US6736370B1 (en) | 2002-12-20 | 2004-05-18 | Applied Materials, Inc. | Diaphragm valve with dynamic metal seat and coned disk springs |
US7448276B2 (en) | 2002-12-20 | 2008-11-11 | Applied Materials, Inc. | Capacitance dual electrode pressure sensor in a diffusion bonded layered substrate |
US7459003B2 (en) | 2002-12-20 | 2008-12-02 | Applied Materials, Inc. | In-line filter in a diffusion bonded layered substrate |
US7559527B2 (en) | 2002-12-20 | 2009-07-14 | Applied Materials, Inc. | Diffusion bonded fluid flow manifold with partially integrated inter-active component |
US7984891B2 (en) | 2002-12-20 | 2011-07-26 | Applied Materials, Inc. | Manufacture of an integrated fluid delivery system for semiconductor processing apparatus |
US7798388B2 (en) | 2007-05-31 | 2010-09-21 | Applied Materials, Inc. | Method of diffusion bonding a fluid flow apparatus |
CN105144013A (en) * | 2013-10-21 | 2015-12-09 | 株式会社堀场Stec | Fluid control valve |
US10114385B2 (en) | 2013-10-21 | 2018-10-30 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Fluid control valve |
CN105144013B (en) * | 2013-10-21 | 2019-03-08 | 株式会社堀场Stec | Control valve for fluids |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6062246A (en) | Mass flow controller and operating method thereof | |
JP3995543B2 (en) | Fluid control valve | |
CA2267086A1 (en) | Micro-machined device for fluids and method of manufacture | |
JP3291151B2 (en) | Diaphragm valve | |
TW381205B (en) | Gas supplying device with a pressure flow controller | |
JP6141663B2 (en) | Fluid control valve | |
US6994110B2 (en) | Piezoelectric valve | |
JP2000213667A (en) | Orifice built-in valve | |
JP2001355748A (en) | Flow control valve | |
JPH11194833A (en) | Mass flow controller | |
JPH0742869A (en) | Valve device | |
JP3815978B2 (en) | Thermal expansion valve | |
JPH11154022A (en) | Mass-flow controller and operation control method therefor | |
JPH10318385A (en) | Metallic diaphragm type flow regulating valve | |
JP3562692B2 (en) | Mass flow controller | |
JP3377077B2 (en) | Valve body and electromagnetic control valve using the same | |
JP3856259B2 (en) | Mass flow controller | |
JPH1172166A (en) | Exhaust gas reflux control valve | |
JPH1165671A (en) | Mass flow controller | |
JP2018096493A (en) | Flow control valve | |
JPH07310842A (en) | Fine flow rate adjustment valve | |
JPS62141381A (en) | Piezoelectric driving type valve | |
JP2982984B2 (en) | Control valve for micro flow | |
JP3344804B2 (en) | Temperature expansion valve | |
JPH10318401A (en) | Flow controlling valve |