WO2013161186A1 - 可変オリフィス型圧力制御式流量制御器 - Google Patents
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Definitions
- the orifice is an orifice composed of a ring-shaped gap between the valve seat of the direct touch type metal diaphragm valve and the diaphragm, and the set flow rate signal Qs to the flow rate calculation control unit of the pressure control unit and the variable orifice unit
- a variable orifice type pressure control type flow rate controller that performs switching of a flow rate control range and flow rate control in the flow rate control range by changing the orifice opening degree setting signal Qz to the orifice opening degree calculation control unit
- the variable orifice unit is used as an orifice control signal from the orifice opening calculation control unit and the orifice opening calculation control unit.
- a shutoff valve is disposed in the upstream side passage of the variable orifice of the variable orifice portion.
- a variable orifice driver 8 as well as constituted by the eccentric cam 8a and stepping motor 8b, with one rotation following rotation of the stepping motor 8b, a cam plate 8a 4 of the eccentric cam 8a together by a predetermined amount by a displacement in the lateral direction, without rotating the cam plate 8a 4, the valve seat 10d 5 variable orifice 7 a diaphragm presser 7b of the variable orifice 7 is pressed and moved in the lateral direction by the cam plate 8a 4 And the diaphragm 7a (ie, the orifice hole diameter) is adjusted.
- variable orifice portion 1b and the orifice opening degree calculation control portion 4b orifice opening degree setting signal Qz is input, a variable orifice driver 8 for driving the variable orifice 7 by the input of the orifice control signal Q 0
- the variable orifice portion 1b is formed by a metal touch type diaphragm valve constituting the variable orifice 7, a displacement sensor 9 for detecting the operation amount (displacement amount) of the variable orifice 7, and the orifice opening degree calculation control portion 4b.
- the fourth body 10d is hermetically fixed by a connecting bolt (not shown) on the right side surface of the third body 10c with a sealing material 16 interposed therebetween.
- a stepping motor 8b to be formed is fixed, and a space for accommodating a cam mechanism such as an eccentric cam 8a is formed at the lower right side of the fourth main body 10d.
- a cam mechanism such as an eccentric cam 8a is formed at the lower right side of the fourth main body 10d.
- Reference numerals 10d 1 of the direct touch type metal diaphragm valve to form a variable orifice 7 is provided on the right side surface of the fourth body 10d.
- Reference numerals 10d 2 and 10d 3 are fluid passages
- 10d 4 is a fluid outlet.
- FIG. 6 is an enlarged vertical cross-sectional view of the mechanism portion of the variable orifice portion 1b, which is the main part of the present invention.
- the variable orifice portion 1b is formed of a variable orifice 7 and a variable orifice drive portion 8.
- the variable orifice 7 also has a flat valve seat 10d 5 formed on the bottom surface of the recess 10d 1 provided on the right side surface of the fourth body 10d, a metal diaphragm 7a disposed opposite thereto, and presses the diaphragm.
- valve seat 10d 5 is formed in a flat sheet shape, and the hole diameter at the tip of the fluid passage 10d 2 (that is, the hole diameter of the valve seat 10d 5 ) is 0.1 to 1.0 mm, long. It is selected to be 1 to 3 mm.
- the stepping motor 8b has an outer diameter of ⁇ 28 mm, a rotational torque of 0.11 N / m, and a rotational time of 200 degrees / 0.2 sec.
- the rotational angle 180 of the eccentric cam 8a is 180 °.
- a displacement of 400 ⁇ m can be obtained at a degree, and positioning of 400 ⁇ m / 1600 divisions is performed in 1/16 microstep drive.
- Table 1 the rotation angle of the cam plate 8a 4 in the case where the diameter of the valve seat 10d 5 variable orifice 7 and 0.3 mm, and the displacement of [mu] m of the cam plate 8a 4, the opening area [mu] m 2 of the gap, the gap opening It shows the converted pore diameter ⁇ m of the area, the flow rate range SCCM, the range ratio with respect to the maximum flow rate range, and the measured value or the calculated value of the CV value.
- the variable range of the flow rate range is 35: 1 (MIN 62 sccm).
- variable orifice 7 it is only necessary to prepare three types of variable orifices 7 with the diameters of the valve seats 10d 5 being 0.5 mm ⁇ , 0.3 mm ⁇ , and 0.1 mm ⁇ . Covers the flow range of 10 SLM (for large flow rate, valve seat hole diameter 0.5 mm ⁇ ), 65 to 2000 SCCM (for medium flow rate, valve seat hole diameter 0.3 mm ⁇ ), 10 to 240 SCCM (for small flow rate, valve seat hole diameter 0.1 mm ⁇ ) About 50 types of pressure control type flow rate controllers using conventional fixed orifices are covered with the pressure control type flow rate controller 1 according to the present invention using three types of variable orifices 7. It becomes possible.
- the shut-off valve 17, a pressure control valve 2 of the air-actuated and direct touch metal diaphragm valve of the same structure is used to actuate it in an emergency such as a gas to close the fluid passage 10d 3 Shut off the supply.
- the variable orifice type pressure control type flow rate controller according to the second embodiment is the same as the first embodiment except that the shut-off valve 17 is provided. Omitted.
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Abstract
Description
しかし、固定オリフィスの場合には、最大制御流量に対応して異なるオリフィス孔径のオリフィスを備える必要があり、必然的に流量レンジの異なる多種類の圧力制御式流量制御器を準備しておく必要があり、製造コストの引下げや製品管理等の面で様々な問題を生ずることになる。
即ち、当該圧力制御式流量制御器27は圧力制御部Aと可変オリフィス部Bとから構成されており、また、圧力制御部Aは圧力コントロール弁22、コントロール弁駆動部23、圧力検出器24及び演算制御装置27a等から構成されている。
尚、前記オリフィス駆動部26の作動ストロークLと流体通路(間隙)を流通する流量Qとが、略直線状の比例関係に在ることは勿論である。
また、制御装置27aからは前記流量設定信号Qsとの差に相当するコントロール弁制御信号Qyが出力され、圧力コントロール弁22は前記QsとQとの差が減少する方向に
開閉制御される。
尚、図12及び図13に於いて、29は熱式流量計、30は真空チャンバー、31は真空ポンプ、40はカップリング、41はベアリング、42はシャフト部、35・37はスプリング、32bは弁座、32は本体、32aはガス入口通路、32eはガス出口通路である。
その結果、偏芯カム8aによるオリフィス孔径の調整を極めて迅速に(即ち、約0.1~0.5秒以内に)且つ正確に行うことができ、流量制御器の制御流量の流量範囲(流量レンジ)の切換を極めて迅速に行える。
その結果、制御流量の切換え時に、可変オリフィス7の上流側流体通路内の流体が、円滑且つ迅速に開孔されたオリフィス孔径を通して下流側へ排出されることになり、可変オリフィス7の弁座孔径が0.1mm、100%設定流量が10SCCMの小流量域であっても、これを1秒以内に20%流量設定流量(2SCCM)にまで立下げすることが可能となり、大幅な立下げ時間の短縮が可能となる。
図1は本発明の第1実施形態を示す系統図であり、本発明に係る圧力制御式流量制御器1は、圧力制御部1aと可変オリフィス1bとから構成されている。また、前者の圧力制御部1aは、図12に示した従前の圧力制御式流量制御器27の圧力制御部Aと略同一であり、圧力コントロール弁2、圧力コントロール弁駆動部3、流量演算制御部4a、圧力検出器5、温度検出器6等から形成されている。
また、図1において、28aはガス入口、28bはガス出口である。
また、可変オリフィス7は、第4本体10dの右側側面に設けた凹部10d1の底面に形成された平面状の弁座10d5と、これに対向状に配置したメタルダイヤフラム7aと、ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押え7bと、メタルダイヤフラム7aの外周縁部を押圧するガスケット7cと、凹部10d1内へねじ込み固定されてダイヤフラム押え7bを左右動自在に保持すると共に、先端部でガスケット7cを押圧する押圧体7d等から構成されており、従前の所謂ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁と同様の構造を有している。
更に、弁座シート10d5とダイヤフラム7a間の距離(即ち、オリフィス孔の間隙)は、後述するステッピングモータ8bと偏芯カム8aの角度割付けを選定することにより、0.001~0.3mmに設定されており、これにより可変オリフィスのCV値設定が行われる。
尚、カム板8a4の外径は20mm及び偏芯量は0.2mmとして実測したものであり、変位量μmと回転角度の実測値Aは、計算値Bに近いものであることが確認できる。
尚、第2実施形態に係る可変オリフィス型圧力制御式流量制御器は、上記シャットオフ弁17を設けた点を除いてその他の構成が第1実施形態と同一であり、従ってその詳細な説明は省略する。
QP1 演算流量信号
Qy 制御信号(差信号)
Qz オリフィス開度設定信号
Qo オリフィス制御信号
QL オリフィス開度検出信号
t 立下り時間
1 可変オリフィス型圧力制御式流量制御器
1a 圧力制御部
1b 可変オリフィス部
2 圧力コントロール弁
2a ダイヤフラム
2b ダイヤフラム押え
3 圧力コントロール弁駆動部
3a ピエゾ素子
4 制御部
4a 流量演算制御部
4b オリフィス開度演算制御部
4c 接続口
5 圧力検出器
6 温度検出器
7 可変オリフィス(ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁)
7a ダイヤフラム
7b ダイヤフラム押え
7c ガスケット
7d 押圧金具
8 可変オリフィス駆動部
8a 偏芯カム
8a1 回転軸体
8a2 第1ベアリング
8a3 第2ベアリング
8a4 カム板
8P 接当点
8b ステッピングモータ
8b1 モータ軸
9 変位センサ
10 流量制御器本体
10a 第1本体
10a1 凹部
10a2 流体通路
10a3 流体通路
10b 第2本体
10b1・10b2 流体通路
10c 第3本体
10c1・10c2・10c3 流体通路
10d 第4本体
10d1 凹部
10d2・10d3 流体通路
10d4 流体流出口
10d5 弁座
10d6 ねじ
11 層流素子
12 熱量式流量計(マスフローメータ)
13 連結固定用ボルト
14 ボルト挿入孔
15 ケーシング
16 シール材
17 シャットオフ弁
28a ガス入口
28b ガス出口
Claims (10)
- 圧力制御部と可変オリフィス部とを備え、可変オリフィス部のオリフィスを流通する流体の流量をQP1=KP1(但し、P1はオリフィス上流側圧力、Kは定数)として演算すると共に、前記オリフィスをダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁の弁座とダイヤフラム間のリング状の間隙から成るオリフィスとし、前記圧力制御部の流量演算制御部への設定流量信号Qs及び可変オリフィス部のオリフィス開度演算制御部へのオリフィス開度設定信号Qzの変更により流量制御範囲の切換並びに当該流量制御範囲に於ける流量制御を行うようにした可変オリフィス型圧力制御式流量制御器に於いて、前記可変オリフィス部を、オリフィス開度演算制御部と、オリフィス開度演算制御部からのオリフィス制御信号により駆動されるステッピングモータと、ステッピングモータにより回動される偏芯カムと、偏芯カムによりダイヤフラム押えを介して弁開度を制御するダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁とから構成したことを特徴とする可変オリフィス型圧力式流量制御器。
- 可変オリフィス部の偏芯カムを、軸心より所定距離だけ偏芯させてモータ軸を縦向きに固定した回転軸体と、回転軸体の外周面に固定した第1ベアリングと、第1ベアリングの外周面に固定した鍔状のカム板とから形成され、回転軸体の回動によりカム板を非回転状態下で左右方向へ前記所定距離だけ移動させるようにした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- 可変オリフィス部を形成するダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁を、流量制御器本体の側面に穿設した平面状の底面を有する凹部と、凹部の底面に形成した所望の通路孔径を有する弁座と、弁座と対向状に配設した逆血型のダイヤフラムと、ダイヤフラムと対向状に配設されてその外方端部をカム板の外周面に接当させたダイヤフラム押えと、凹部内へねじ込み固定されてダイヤフラム押えを左右方向へ移動自在に保持すると共にダイヤフラム外周縁を押圧固定する押圧金具と、から構成するようにした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- カム板の外周面とダイヤフラム押えの外方端部との接当部が、偏芯カムの回動時に左右方向へのみ変位する構成とした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- ステッピングモータの回動角度を0~200度とし、当該回動角度範囲内で偏芯カムによりダイヤフラム押えを左右方向に一定距離だけ変位させる構成とした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- 偏芯カムのカム板の外周面とダイヤフラム押えの外方端部の接当部と軸対称の位置に変位センサを設け、カム板の回動による前記接当部の水平方向の変位量を検出すると共に、検出したオリフィス開度信号をオリフィス開度演算制御部へ入力する構成とした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- 圧力制御部の流量演算制御部と可変オリフィス部のオリフィス開度演算制御部から成る制御部を、流量制御範囲の切換により設定流量信号が変化した時に、当該設定流量信号の変化と同時にオリフィス開度演算制御部へオリフィス開放信号を入力して可変オリフィス部のオリフィス開度を大きくすると共に、一定時間経過後にオリフィス開度演算制御部へ所定のオリフィス開度設定信号を入力して、オリフィス開度を所望の開度に保持する構成とした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- 可変オリフィスの開度を設定流量レンジにおける開度の1.5倍以上に0.1~0.5sec間保持すると共に、流量制御時の100%設定流量から20%設定流量への立下げ時間を1秒以内とするようにした請求項7に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- 可変オリフィスを形成するダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁の弁座の流体通路孔径を0.1~0.5mmとすると共に、100%設定流量を10SCCMとするようにした請求項8に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
- 可変オリフィス部の可変オリフィスの上流側通路にシャットオフ弁を配置する構成とした請求項1に記載の可変オリフィス型圧力制御式流量制御器。
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