JPH1165671A - Mass flow controller - Google Patents

Mass flow controller

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Publication number
JPH1165671A
JPH1165671A JP22541697A JP22541697A JPH1165671A JP H1165671 A JPH1165671 A JP H1165671A JP 22541697 A JP22541697 A JP 22541697A JP 22541697 A JP22541697 A JP 22541697A JP H1165671 A JPH1165671 A JP H1165671A
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JP
Japan
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valve seat
valve
seat
mass flow
flow rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP22541697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Tanaka
田中  誠
Taiichi Tokuhisa
泰一 徳久
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP22541697A priority Critical patent/JPH1165671A/en
Publication of JPH1165671A publication Critical patent/JPH1165671A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain mass flow controller which is compact in structure and capable of increasing flow rate by providing plural pipe-shaped seat bodies at the opening of a seat. SOLUTION: In a valve seat 4, an inside face 42 is extended as a taper from a seat port 41, and a seat opening 43 at the upper part is extended to almost the outermost peripheral area of the flat part of a metallic diaphragm. Then, a disc-shaped retainer member 45 made of stainless materials is mounted in the seat opening 43, and total 8 piece of pipe-shaped seat bodies 40a-40h (which are about 0.2 mm thick) are inserted into a hole formed at the retainer member 45, and fixed by a press-fitting means. The seat bodies 40a-40d have large diameters, and seat bodies 40e-40h with small diameters are provided among their clearances. As many seat bodies as possible are provided, so that a large flow rate can be achieved, and it is necessary to consider the diameter and array. Thus, plural partition walls are formed by a simple means at low cost so that the large flow quantity can be flowed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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
ローラであって、特にその流量制御弁の大流量化に関す
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, and more particularly to an increase in the flow rate of a flow control valve.

【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。
[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.

【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】ところで現在マスフローコントローラは、
10SCCM(1分間当たり10cc)の微少流量用から
50SLM(1分間当たり50l)以上の大流量用のもの
まで使用されているが、これらは一様にダウンサイジン
グと低コスト化が叫ばれ、同じサイズ/面間寸法でも大
流量まで流せるマスフローコントローラが望まれてい
る。ところが、大流量のマスフローコントローラを得る
手段としては、流量制御弁のいわゆるストロークを拡大
することが考えられるが、上記積層型圧電素子体の有効
ストロークは40〜50μm程度しか得ることが出来ず
ストロークには限界がある。また弁座と弁体の口径を大
きくすることも考えられるが、例えばマスフローコント
ローラを含む配管系を集約してシリンダーキャビネット
内にまとめる必要があることから面間寸法にも制約があ
る。よって、弁座や弁体を大きくすることも出来ないと
言う問題があった。
Now, mass flow controllers are
It is used from 10 SCCM (10 cc per minute) for small flow to 50 SLM (50 liters per minute) or more for large flow. However, these are uniformly called for downsizing and cost reduction, and have the same size. A mass flow controller that can flow up to a large flow rate even in the dimension between planes is desired. However, as a means for obtaining a mass flow controller with a large flow rate, it is conceivable to increase the so-called stroke of the flow control valve. However, the effective stroke of the laminated piezoelectric element can be obtained only about 40 to 50 μm, and the stroke is reduced. Has limitations. It is also conceivable to increase the diameters of the valve seat and the valve body. However, for example, it is necessary to consolidate a piping system including a mass flow controller and collect them in a cylinder cabinet. Therefore, there is a problem that the valve seat and the valve element cannot be enlarged.

【0009】その為、特許第2567959号公報に示
されたように、弁座のシール部において弁体の周縁部か
ら中央部に対して入り組みながら連続する閉曲線を描く
隔壁を設けることによって、いわゆるシール長さを長く
し流量の増大を計ることが提案されている。
For this reason, as disclosed in Japanese Patent No. 2567959, by providing a partition which draws a continuous closed curve in the seal portion of the valve seat while encroaching from the peripheral portion of the valve body to the central portion. It has been proposed to increase the seal length and increase the flow rate.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】この例のように閉曲線
を描く隔壁の長さを長くすることによって大流量化は達
成できる。しかしながら、このような入り組みながら連
続する閉曲線を描く隔壁というものは、一般に成形加工
が困難であり出来たとしても高価でかつ時間と手間のか
かるものであった。
The flow rate can be increased by increasing the length of the partition wall which draws a closed curve as in this example. However, such a partition wall that draws a continuous closed curve while being intricate is generally difficult and difficult to form, but is expensive and time-consuming.

【0011】そこで本発明は、安価にかつ容易な手段に
よって隔壁を多数形成し、これにより大流量を流すこと
ができるマスフローコントローラを提供するものであ
る。
Accordingly, the present invention is to provide a mass flow controller which can form a large number of partitions by inexpensive and easy means so that a large flow rate can be flowed.

【0012】[0012]

【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
入側流路と、流出側流路と、前記流入側流路端に設けた
弁座と、この弁座に接離する弁体と、この弁体の上部に
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、前記弁座の上部開口にパイプ状の弁座体を複数
本設置したマスフローコントローラである。
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 includes an inflow-side flow path, an outflow-side flow path, a valve seat provided at an end of the inflow-side flow path, a valve body that comes into contact with and separates from the valve seat, and a valve located above the valve body. The mass flow controller includes an actuator that generates a pressing force on a valve seat side, and a plurality of pipe-shaped valve seats are installed in an upper opening of the valve seat.

【0013】そして、上記において弁体は、前記流入側
流路と流出側流路を仕切ると共に前記弁座に直接接離す
る平坦部を有した金属製ダイアフラムであることが望ま
しい。また、各弁座体のシール面をマスフローコントロ
ーラ本体の上面と略同一面に形成することが望ましい。
In the above, it is desirable that the valve element is a metal diaphragm having a flat portion that separates the inflow-side flow path and the outflow-side flow path and that directly contacts and separates from the valve seat. Further, it is desirable that the sealing surface of each valve seat is formed substantially flush with the upper surface of the mass flow controller body.

【0014】このように弁座体を多数設けることによっ
てこれら各弁座体から流体が流れ出すことになり、結
局、流量を左右する弁座シール部のシール長さが拡大さ
れて大流量を流すことが出来るものである。そしてこの
弁座体は既製のステンレス管などパイプ状の筒体を弁座
の上部開口部にかしめる等して装着するだけでよいから
組立が極めて簡単でかつ安価に構成することができる。
By providing a large number of valve seats in this manner, the fluid flows out of each of these valve seats, and eventually the seal length of the valve seat seal portion, which affects the flow rate, is increased to allow a large flow rate to flow. Can be done. The valve seat can be simply assembled at a low cost by caulking a pipe-shaped tubular body such as a ready-made stainless pipe to the upper opening of the valve seat, and thus can be constructed very simply and at low cost.

【0015】また、金属製ダイアフラムを弁体として用
いると構造が簡素となるし微少流量の制御がし易くな
る。そして各弁座体のシール面をマスフローコントロー
ラ本体の上面と略同一面に形成することによって、弁座
をマスフローコントローラの本体に組み付けた後、本体
の上面と各弁座体のシール面とを同時にラップ仕上げす
ることが可能となる。よって、部品の寸法誤差や組立時
のばらつきを吸収して精密制御ができる。
When a metal diaphragm is used as a valve body, the structure becomes simple and the control of a minute flow rate becomes easy. Then, by forming the sealing surface of each valve seat body substantially on the same plane as the upper surface of the mass flow controller main body, after the valve seat is assembled to the main body of the mass flow controller, the upper surface of the main body and the sealing surface of each valve seat body are simultaneously formed. Lapping is possible. Therefore, precision control can be performed by absorbing dimensional errors of components and variations during assembly.

【0016】[0016]

【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
りの拡大断面図を示し、弁座とリテーナ部材及び弁座体
に関し図3のA−O−B断面である。図3は、リテーナ
部材に弁座体を差し込んだ平面図である。
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 cross-sectional view around the valve seat, and is an AOB cross section of FIG. 3 regarding the valve seat, the retainer member, and the valve seat body. FIG. 3 is a plan view in which a valve seat is inserted into a retainer member.

【0017】先ず、図1のマスフローコントローラの全
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は継手部分を含む一体的
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と、流路
12b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に対向して金属ダイアフラム5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とが仕切られている。そしてこの金属
ダイアフラム5に仕切られた弁座4の周囲に流出流路1
3a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13
a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。尚、流出流路13bは斜め下方に向く流
路であっても良い。
First, the overall configuration of the mass flow controller shown 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 integral block including a joint portion, and its flow paths are an inflow flow path 12a, a bypass flow path 15, an inflow flow path 12b connected to the inflow port 11, and stainless steel (SUS316L) at an end of the flow path 12b. ) A metal valve seat 4 made of a material or the like is mounted by caulking means. A metal diaphragm 5 is arranged so as to face the valve seat 4.
And the outflow side flow path 13 are partitioned. The outflow channel 1 is provided around the valve seat 4 partitioned by the metal diaphragm 5.
3a is directly expanded and the inner wall 13w of the outflow channel 13a
Is a mounting portion of the valve seat. And the outflow channel 13
a is bent by 90 degrees and connected to the outflow channel 13 b and the outflow port 14. In addition, the outflow channel 13b may be a channel facing obliquely downward.

【0018】マスフローコントローラ本体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、
本例のように一体の方が流入側流路12a、12b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い。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dは肉
厚強度上可能な限り大きくとることが好ましい。
The mass flow controller main body 1a may have a separate outflow-side joint as in the prior art.
As in the present embodiment, the integral arrangement is more efficient in concentrically processing the inflow-side flow paths 12a and 12b, the outflow-side flow path 13b, and the upper opening flow path 13a. In order to attach the valve seat 4 to the main body 1a, screwing means may be used. However the dimensions of the mounting portion prior almost the same city, the diameter d 0 of the valve seat inlet 41 is preferably made large as possible on the wall thickness strength.

【0019】そして弁座4は流入口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を形成しており、この弁座口43の中
に図2で示すパイプ状の弁座体40が、本例では40a
〜40hまでの8本が装着されている。この各弁座体4
0(40a〜40h)の配置については図2のように大
小の弁座体を組み合わせて設けてもよく、可能な限り多
数本装着してシール長さを稼ぐことが望ましい。また各
弁座体の上端のシール面44と本体1aの上面16との
高さ位置は同一面に形成し、弁座取付け後、各弁座体の
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、本体
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。また、弁座4の弁
座口43の周りには流出流路13aが抉るように広がっ
て、弁座中心から内壁13wまでの距離に対して弁座口
は出っ張っている。逆に言えば弁座口よりも内側に入り
込んだ流路構造となっているということで、この構造に
よって流れ易さが改善されて大流量化の一助となってい
る。
The valve seat 4 has a tapered inner surface 42 that extends outward from the middle of the inflow port 41 and forms a valve seat opening 43 that extends as far outward as possible. The pipe-shaped valve seat body 40 shown in FIG.
Eight from 40h are mounted. Each of these valve seats 4
As for the arrangement of 0 (40a to 40h), large and small valve seats may be provided in combination as shown in FIG. 2, and it is desirable to mount as many as possible to increase the seal length. The height of the sealing surface 44 at the upper end of each valve seat body and the upper surface 16 of the main body 1a are formed on the same plane, and after the valve seat is attached, the sealing surface 44 of each valve seat body and the upper surface 16 of the main body are simultaneously wrapped. Finishing is possible. In this lapping, the entire upper surface 16 of the main body is finished to a mirror surface of about 0.2 S, so that the sealing surface of the metal O-ring of the sensor portion is good, and is extremely efficient in processing and assembly. The outflow channel 13a extends so as to gouge around the valve seat opening 43 of the valve seat 4, and the valve seat opening protrudes with respect to the distance from the center of the valve seat to the inner wall 13w. Conversely speaking, the passage structure is located inside the valve seat opening, so that this structure improves the ease of flow and helps increase the flow rate.

【0020】鏡面仕上げされた本体上面16に対して、
メタルOリングとスペーサ69、弁座スペーサ(80μ
m程度)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とブリッジ64
をボルトを用いて本体1aに対して締結している。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、この上に調芯作用の
ある硬球65と弁棒64がばね67やブリッジ66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
載置されている。すなわち弁棒64の内部をブリッジ6
6が貫通して本体に固定され、ブリッジ66の上部に圧
電アクチュエータ60を、下部にばね67とばね受け6
7bが設けられている。
For the mirror-finished main body upper surface 16,
Metal O-ring and spacer 69, valve seat spacer (80μ
m), the peripheral edge of the metal diaphragm 5 is clamped by the diaphragm retainer 62, and the housing 63 and the bridge 64 are placed thereon.
Are fastened to the main body 1a using bolts. On the other hand, a disk-shaped diaphragm spacer 61 is placed on the upper surface of the metal diaphragm 5, and a hard ball 65 having a centering action and a valve stem 64 are pressed by a pressing force of the piezoelectric actuator 60 via a spring 67 or a bridge 66. It is placed so as to transmit. That is, the inside of the valve stem 64 is
6 are fixed to the main body through the piezoelectric actuator 60 at the upper part of the bridge 66 and the spring 67 and the spring receiver 6 at the lower part.
7b is provided.

【0021】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極めて小さい金属材
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68aとナット68
b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。従って、このマスフローコ
ントローラは、通常はばね67によって弁棒64を押し
下げ金属ダイアフラム5は弁座に押し付けられた閉弁状
態となっている。そして、圧電アクチュエータ60に通
電すると、その伸張力はブリッジ66によって反転しば
ね力に抗して弁棒64を押し上げる力に変換される。よ
って金属ダイアフラム5は自己の弾性復元力と流体圧に
よって持ち上がり開弁状態となる。その後は金属ダイア
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
クローズ型のマスフローコントローラである。尚、これ
はノーマリーオープン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 has a laminated piezoelectric element sealed in a case made of a metal such as stainless steel, preferably a metal material having an extremely small coefficient of thermal expansion.
The screw is screwed into the housing 63 in a state where the axis is aligned with the housing 63 by b. Therefore, in this mass flow controller, the valve rod 64 is normally pushed down by the spring 67, and the metal diaphragm 5 is pressed against the valve seat in a closed state. When the piezoelectric actuator 60 is energized, the tension is inverted by the bridge 66 and converted into a force that pushes up the valve stem 64 against the spring force. Therefore, the metal diaphragm 5 is lifted up by its own elastic restoring force and fluid pressure to be in the valve open state. Thereafter, it is a normally closed mass flow controller which controls the flow rate by adjusting the moving amount of the metal diaphragm 5. This can be configured as a normally open type mass flow controller.

【0022】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φDの平坦部とその外側に環状で断面半円
形の弾性変形部を、更にその外側に挟着周縁部を形成し
たものである。この金属ダイアフラムは複数枚の薄板を
重ねて金型により成形されるが、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が
有効である。
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. It is a circular thin plate having a thickness of about 0.15 mm, in which a flat portion of φD is formed at the center, an elastically deformable portion having a semicircular cross section is formed outside the flat portion, and a peripheral edge portion is further formed outside the flat portion. This metal diaphragm is formed by laminating a plurality of thin plates with a mold, but in order to further increase rigidity, a circular thin plate of the same material is integrally attached to a flat part with spot welding or adhesive etc. It is effective to use.

【0023】次ぎに図2及び図3を参照してこのマスフ
ローコントローラ1の特徴を説明する。この弁座4は弁
座口41から内面42はテーパ状に拡がっており、上部
の弁座開口43はほぼ金属ダイアフラムの平坦部の最外
周領域まで拡がっている。そして、この弁座開口43内
にステンレス材(SUS316L)からなる円盤状のリテーナ
部材45を装着し、このリテーナ部材45に形成された
孔にパイプ状(厚さ0.2mm程度)の弁座体40a〜
40hの計8本を挿入し、圧入手段により固定してい
る。そのうちの弁座体40a〜40dは大径となし、こ
れらの隙間に小径の弁座体40e〜40hを設けてい
る。弁座体は可能な限り多く設けることによって大流量
化が達成できるので口径と配列を考慮する必要がある。
さらに各弁座体の上端がシール面44となるが、このシ
ール面44は上述したとおりマスフローコントローラ本
体の上面と同一面になるように設定されている。また、
弁座の組付け順は限定されるものではないが、例えば図
3に示すように先ずリテーナ部材45の貫通孔に弁座体
40a〜40hを圧入して取付け、さらにこのリテーナ
部材45を弁座4の開口部内に圧入して取付け固定する
ことができる。
Next, the features of the mass flow controller 1 will be described with reference to FIGS. The inner surface 42 of the valve seat 4 extends from the valve seat opening 41 in a tapered shape, and the upper valve seat opening 43 extends substantially to the outermost peripheral region of the flat portion of the metal diaphragm. A disk-shaped retainer member 45 made of stainless steel (SUS316L) is mounted in the valve seat opening 43, and a pipe-shaped (about 0.2 mm thick) valve seat body is inserted into a hole formed in the retainer member 45. 40a ~
A total of eight for 40 hours are inserted and fixed by press-fitting means. Among them, the valve seats 40a to 40d have a large diameter, and small gaps of the valve seats 40e to 40h are provided in these gaps. Since the flow rate can be increased by providing as many valve seats as possible, it is necessary to consider the diameter and arrangement.
Further, the upper end of each valve seat is a sealing surface 44, which is set to be flush with the upper surface of the mass flow controller body as described above. Also,
The order of assembling the valve seats is not limited. For example, as shown in FIG. 3, first, valve seats 40a to 40h are first press-fitted into the through holes of the retainer member 45 and attached. 4 can be press-fitted into the opening and fixed.

【0024】因みに本実施例での各部の寸法は、弁座の
取付部の外径は従来と変わらずφd=8mm、弁座の
流入口径φd=5mm、弁座口43の口径φd=1
3.8mm、弁座体40a〜40dの口径φd=4.
1mm、弁座体40e〜40hの口径φd=1.0m
mである。従って全体のシール長さは65.3mmまで
延長されている。一方、従来品の弁座41の弁座口径は
一様にφd’=13mmであったのでシール長さを比べ
ると本発明品は約1.6倍になっている。次ぎにこのマ
スフローコントローラで流量特性の実験を行ったところ
最大流量は、従来に比べ約2倍の流量が得られることが
わかった。即ち、この構成によって、弁座のシール面長
さが拡張されて各副弁座の全周からそれぞれ流体が流れ
出すようになり大流量化が達成できた。またこの副弁座
自身は既存のパイプ材から選定すれば良く組み付けも簡
単であることから、上記した従来例に比べ約1/3のコ
ストで弁座を製作することが出来た。
Incidentally, the dimensions of each part in this embodiment are as follows: the outer diameter of the mounting portion of the valve seat is the same as the conventional one, φd 1 = 8 mm, the inlet diameter φd 0 = 5 mm of the valve seat, and the diameter φd 2 of the valve seat opening 43. = 1
3.8 mm, diameter φd 3 of valve seats 40 a to 40 d = 4.
1 mm, diameter φd 4 of valve seats 40 e to 40 h = 1.0 m
m. The overall seal length has therefore been extended to 65.3 mm. On the other hand, since the valve seat diameter of the conventional valve seat 41 was uniformly φd ′ = 13 mm, the product of the present invention was about 1.6 times as large as the seal length. Next, an experiment on the flow characteristics with this mass flow controller showed that the maximum flow rate was about twice as large as that of the conventional one. That is, with this configuration, the length of the sealing surface of the valve seat is expanded, and the fluid flows out from the entire periphery of each sub-valve seat, and a large flow rate can be achieved. Further, since the auxiliary valve seat itself can be selected from existing pipe materials and the assembling is simple, the valve seat can be manufactured at a cost of about 1/3 as compared with the above-mentioned conventional example.

【0025】また上記の通り、各副弁座40a〜40h
の各シール面44と本体1aの上面16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
ダイアフラムの軸芯が一致する。よって、圧電アクチュ
エータの変位が正確に伝わり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。一方、構造的には弁座4
と金属ダイアフラム5及びダイアフラム押さえ62等の
全体位置が上方に移動するので、図3に示す従来弁室と
呼ばれた部分Sが無くなり、ここにスペース上の余裕が
生まれるので余分な部分を削除して面間寸法を小さくす
ることが可能となった。本例では、弁座口を拡げた弁座
4とした上で面間寸法L=106mmとすることが出来
た。これは、従来ものがL=156mmであったから面
間寸法として約32%のコンパクト化が達成できたもの
である。
As described above, each of the sub-valve seats 40a to 40h
And the upper surface 16 of the main body 1a are assembled so that they are flush with each other, and then lapping is performed.
Thereby, the sealing surface 44 of the valve seat and the metal diaphragm 5
The flatness of the diaphragm and the surface on which the diaphragm retainer 62 and the like are stacked coincide with each other, and the axis of the actuator coincides with the axis of the valve seat and the metal diaphragm. Therefore, the displacement of the piezoelectric actuator is accurately transmitted, and the entire stroke 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. On the other hand, structurally, the valve seat 4
Since the entire positions of the metal diaphragm 5 and the diaphragm retainer 62 and the like move upward, the portion S called the conventional valve chamber shown in FIG. 3 is eliminated. This makes it possible to reduce the dimension between surfaces. In the present example, the valve seat 4 was formed to have an enlarged valve seat opening, and the inter-surface dimension L could be 106 mm. This is because the conventional device had L = 156 mm, so that the size between the surfaces could be reduced by about 32%.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弁
座の開口部にパイプ状の弁座体を多数設けるという簡単
な手段によってコンパクトで且つ大流量を流すことがで
きるマスフローコントローラを提供することができた。
As described above, according to the present invention, there is provided a mass flow controller which is compact and can flow a large flow rate by a simple means of providing a large number of pipe-shaped valve seats in the opening of the valve seat. We were able to.

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

【図1】 本発明の一実施例を示すマスフローコントロ
ーラの縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a mass flow controller showing one embodiment of the present invention.

【図2】 弁座部分の拡大断面図である。平面図のA−
O−B断面である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a valve seat portion. A- of the plan view
It is an OB cross section.

【図3】 リテーナ部材の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a retainer member.

【図4】 従来のマスフローコントローラの一例を示す
縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional mass flow controller.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:マスフローコントローラ
2:センサー部 3:制御回路部 4、
9:弁座 5:金属ダイアフラム
6:流量制御弁 11:流入口 12(a、
b):流入流路 13(a、b):流出流路 1
4:流出口 15:バイパス流路 2
0:センサパイプ 21:上流側コイル 2
2:下流側コイル 40(a〜h):弁座体 4
1:弁座の流入口 42:テーパ内面 4
3:弁座開口 44:弁座体のシール面 4
5:リテーナ部材 60:圧電アクチュエータ 6
1:ダイアフラムスペーサ 62:ダイアフラム押さえ 6
3:ハウジング 64:弁棒 6
5:硬球 66:ブリッジ 6
7:ばね 67a:ばね受け 68
a:ハウジングキャップ 68b:ナット 6
9:外径スペーサ
1: Mass flow controller
2: Sensor part 3: Control circuit part 4,
9: Valve seat 5: Metal diaphragm
6: Flow control valve 11: Inlet 12 (a,
b): Inflow channel 13 (a, b): Outflow channel 1
4: Outflow port 15: Bypass channel 2
0: Sensor pipe 21: Upstream coil 2
2: Downstream coil 40 (a to h): Valve seat 4
1: Inlet of valve seat 42: Inner surface of taper 4
3: Valve seat opening 44: Seal surface of valve seat 4
5: retainer member 60: piezoelectric actuator 6
1: Diaphragm spacer 62: Diaphragm holder 6
3: Housing 64: Valve stem 6
5: Hard ball 66: Bridge 6
7: Spring 67a: Spring receiver 68
a: Housing cap 68b: Nut 6
9: Outer diameter spacer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、流入側流路と、流出側流路
と、前記流入側流路端に設けた弁座と、この弁座に接離
する弁体と、この弁体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、前記弁座の上部
開口にパイプ状の弁座体を複数本設置したことを特徴と
するマスフローコントローラ。
1. A mass flow controller having a flow rate sensor unit for detecting a flow rate of a fluid flowing in a sensor flow path, a flow rate control valve for controlling a flow rate of a fluid, and a control circuit unit, wherein the flow rate control valve has an inflow A side flow path, an outflow side flow path, a valve seat provided at the end of the inflow side flow path, a valve body which comes into contact with and separates from the valve seat, and a pressing force on the valve seat side located above the valve body. A mass flow controller, comprising: a plurality of pipe-shaped valve seats provided at an upper opening of the valve seat.
【請求項2】 前記弁体は、前記弁座に接離する平坦部
を有した金属製ダイアフラムであることを特徴とする請
求項1記載のマスフローコントローラ。
2. The mass flow controller according to claim 1, wherein the valve body is a metal diaphragm having a flat portion that comes into contact with and separates from the valve seat.
【請求項3】 前記各弁座体のシール面を前記マスフロ
ーコントローラ本体の上面と略同一面に形成したことを
特徴とする請求項1または2記載のマスフローコントロ
ーラ。
3. The mass flow controller according to claim 1, wherein a sealing surface of each of said valve seats is formed substantially flush with an upper surface of said mass flow controller body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11761547B1 (en) 2022-04-07 2023-09-19 Horiba Stec, Co., Ltd. Valve orifice insert
WO2023195231A1 (en) * 2022-04-07 2023-10-12 Horiba Stec, Co., Ltd. Valve orifice insert

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