可變流孔型壓力控制式流量控制器的制造方法
【專利摘要】可變流孔型壓力控制式流量控制器具備壓力控制部和可變流孔部，使流通于可變流孔部的流孔的流體的流量為QP1=KP1(但是，P1是流孔上游側(cè)壓力，K是常數(shù))而運(yùn)算，并且，使前述流孔為由直接碰觸型金屬隔膜閥的閥座與隔膜之間的環(huán)狀的間隙構(gòu)成的流孔，通過向前述壓力控制部的流量運(yùn)算控制部的設(shè)定流量信號(QS)和向可變流孔部的流孔開度運(yùn)算控制部的流孔開度設(shè)定信號(Qz)的變更而進(jìn)行流量控制范圍的切換以及該流量控制范圍中的流量控制，其中，由流孔開度運(yùn)算控制部、通過來自流孔開度運(yùn)算控制部的流孔控制信號而驅(qū)動的步進(jìn)電動機(jī)、通過步進(jìn)電動機(jī)而轉(zhuǎn)動的偏芯凸輪、通過偏芯凸輪而經(jīng)由隔膜壓件來控制閥開度的直接碰觸型金屬隔膜閥構(gòu)成前述可變流孔部。
【專利說明】可變流孔型壓力控制式流量控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造裝置等所使用的可變流孔型壓力控制式流量控制器的改 良，涉及如下的可變流孔型壓力控制式流量控制器：通過對可變流孔的驅(qū)動機(jī)構(gòu)等加W改 良，從而能夠謀求流量控制范圍的切換和流量控制時的流量下降時間的大幅縮短，并且能 夠遍及廣范圍的流量區(qū)域而進(jìn)行控制流量的多段切換，由此，能夠W更少的機(jī)械種類應(yīng)對 廣流量區(qū)域的流量控制。

【背景技術(shù)】
[0002] -直W來，在壓力控制式流量控制器中，一般使用固定流孔，使用適應(yīng)于最大控制 流量的流孔孔徑的流孔，由此進(jìn)行一定的流量區(qū)域的流量控制。
[0003] 可是，在固定流孔的情況下，有必要與最大控制流量相對應(yīng)地配備不同的流孔孔 徑的流孔，必然有必要預(yù)先準(zhǔn)備流量范圍不同的多種壓力控制式流量控制器，在制造成本 的降低或制品管理等方面，產(chǎn)生各種問題。
[0004] 另一方面，為了避免上述固定流孔型壓力控制式流量控制器中的各問題，本申請
【發(fā)明者】等先前開發(fā)了圖12和圖13所示的可變流孔型壓力控制式流量控制裝置，作為日本 專利第3586075號而公開。
[0005] 目P，該壓力控制式流量控制器27由壓力控制部A和可變流孔部B構(gòu)成，另外，壓力 控制部A由壓力控制閥22、控制閥驅(qū)動部23、壓力檢測器24 W及運(yùn)算控制裝置27a等構(gòu)成。
[0006] 而且，前述可變流孔部B由形成可變流孔的直接碰觸型金屬隔膜閥25和流孔驅(qū)動 部26等構(gòu)成，如圖13所示，通過脈沖電動機(jī)34而經(jīng)由圓頭螺釘機(jī)構(gòu)39來使導(dǎo)向滑塊38 和隔膜壓件36下降行程以由此，相當(dāng)于流孔的隔膜33與閥座3化之間的環(huán)狀的流體通路 (間隙）調(diào)整并固定為設(shè)定值。
[0007] 此外，當(dāng)然，前述流孔驅(qū)動部26的工作行程L與流通于流體通路（間隙）的流量 Q處于大致直線狀的比例關(guān)系。
[0008] 在該壓力控制式流量控制器27的工作時，首先，將流量設(shè)定信號Qs和流孔開度設(shè) 定信號Q,向控制裝置27a和流孔驅(qū)動部26的控制部26a輸入。接著，如果向氣體入口 28a 供給既定壓力Pi的氣體，則將由壓力檢測器24檢測的相當(dāng)于上游側(cè)壓力Pi的壓力檢測信 號Qpi向控制裝置27a輸入，在控制裝置27a內(nèi)運(yùn)算流量Q=KPi。
[0009] 另外，從控制裝置27a輸出相當(dāng)于與前述流量設(shè)定信號Qs之差的控制閥控制信號 Qy,將壓力控制閥22沿前述Qs與Q之差減少的方向開閉控制。
[0010] 而且，在使可變流孔25的口徑變化而變更控制流量的范圍的情況下，變更流孔開 度信號A的設(shè)定。由此，流孔控制信號Q。改變，結(jié)果，流孔驅(qū)動部26的工作行程L變化，流 孔口徑4改變。
[0011] 此外，在圖12和圖13中，29是熱式流量計，30是真空室，31是真空粟，40是聯(lián)軸 器，41是軸承，42是軸部，35/37是彈黃，3化是閥座，32是本體，32a是氣體入口通路，32e是 氣體出口通路。
[0012] 在上述圖12和圖13所示的壓力控制式流量控制器27中，為如下的構(gòu)成；作為可 變流孔，使用直接碰觸型的金屬隔膜閥，變更隔膜的工作行程以從而進(jìn)行控制流量范圍的 切換。因此，流孔的構(gòu)造簡化，并且根本不存在滑動部，也幾乎不產(chǎn)生灰塵等。另外，流體流 路內(nèi)的死區(qū)大幅地減少，并且，在流體流路內(nèi)不存在產(chǎn)生氣體吞入的間隙，氣體的置換性大 幅地提高。而且，能夠通過改變隔膜的工作行程L而簡單且正確地變更流孔孔徑（即流量 范圍的變更），與變換現(xiàn)有的固定流孔的情況相比較，起到控制性大幅地提高等優(yōu)異的實用 效果。
[0013] 可是，即使在上述圖12和圖13的可變流孔型壓力控制式流量控制器中，也仍然殘 留許多應(yīng)該解決的問題。其中，近年來尤其成為問題的點(diǎn)是流量控制范圍的切換時間的縮 短，要求可變流孔25本身的切換設(shè)定所需要的時間的縮短、W及所設(shè)定的可變流孔的使用 中的下降時間的大幅縮短。
[0014] 目P，可變流孔25 (隔膜閥），通過調(diào)整流孔驅(qū)動部26的工作行程L而調(diào)整隔膜33 與閥座3化之間的間隙，從而設(shè)定為適合于控制流量的開口面積，但由于流孔驅(qū)動部26 W 圓頭螺釘機(jī)構(gòu)39作為主體，因而前述可變流孔25的間隙調(diào)整（流孔開口面積設(shè)定）需要 相當(dāng)?shù)臅r間（約廣3砂鐘），不可迅速地進(jìn)行流量控制范圍的切換。
[0015] 另外，可變流孔25的設(shè)定（間隙調(diào)整）完成后的流量控制通過壓力控制閥22對壓 力Pi的調(diào)整而進(jìn)行，但在例如使用IOSCCM的流孔來使控制流量從設(shè)定流量100%(IOSCCM) 向20%(2SCCM)降低的情況下，如圖14所示，需要約6砂的下降時間。此外，該圖14 W將孔 徑18 y m的固定流孔用作IOSCCM用流孔且將壓力控制閥22與流孔之間的流體通路容積設(shè) 為0. 2cc的情況下的從100%設(shè)定流量（IOSCCM)向20%設(shè)定流量（2SCCM)的下降時間的實 測值為基礎(chǔ)。
[001引該圖14中的下降時間t=6砂，是對流孔孔徑^=ISym的固定流孔的情況進(jìn)行實 際測定而得到的，但該下降時間t主要起因于存在于流孔上游側(cè)的流體通路容積0. 2cc內(nèi) 的氣體而產(chǎn)生，了解到，通過使壓力控制閥22與流孔之間的流體通路容積減少，另外，通過 流孔孔徑變大，從而能夠縮短該下降時間t。
[0017] 專利文獻(xiàn)1 ;日本專利第3586075號 專利文獻(xiàn)2 ;日本專利第3522535號。


【發(fā)明內(nèi)容】

[001引發(fā)明要解決的問題 本申請發(fā)明要解決使用現(xiàn)有的可變流孔的壓力控制式流量控制裝置中的如上前述的 問題，即，（a)可變流孔本身的流孔孔徑（金屬隔膜閥的開口通路間隙）的調(diào)整花費(fèi)時間、和 化）由于根據(jù)可變流孔進(jìn)行的流量控制的下降時間變長等而導(dǎo)致根據(jù)使用可變流孔的流量 控制范圍的切換進(jìn)行的流量控制的即時響應(yīng)性低且未謀求半導(dǎo)體制造過程的處理效率的 提高該樣的問題，欲提供如下的可變流孔型壓力控制式流量控制裝置；可瞬間地進(jìn)行可變 流孔本身的流孔口徑的設(shè)定，并且，使壓力控制閥與可變流孔之間的流體通路內(nèi)的氣體首 先通過經(jīng)擴(kuò)徑的大孔徑的可變流孔而向外部流出，隨后將可變流孔的孔徑大致瞬間地再調(diào) 整為既定的設(shè)定流量的孔徑，由此，能夠使從100%設(shè)定流量向20%設(shè)定流量的下降時間縮 短為大致1砂。
[0019] 用于解決問題的方案 權(quán)利要求1的發(fā)明為一種可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，具備壓力 控制部和可變流孔部，使流通于可變流孔部的流孔的流體的流量為Qpi=KPi (但是，Pi是流孔 上游側(cè)壓力，K是常數(shù)）而運(yùn)算，并且，使前述流孔為由直接碰觸型金屬隔膜閥的閥座與隔 膜之間的環(huán)狀的間隙構(gòu)成的流孔，通過向前述壓力控制部的流量運(yùn)算控制部的設(shè)定流量信 號Qs和向可變流孔部的流孔開度運(yùn)算控制部的流孔開度設(shè)定信號成的變更而進(jìn)行流量控 制范圍的切換W及該流量控制范圍中的流量控制，在該可變流孔型壓力控制式流量控制器 中，由流孔開度運(yùn)算控制部、通過來自流孔開度運(yùn)算控制部的流孔控制信號而驅(qū)動的步進(jìn) 電動機(jī)、通過步進(jìn)電動機(jī)而轉(zhuǎn)動的偏芯凸輪W及通過偏芯凸輪而經(jīng)由隔膜壓件來控制閥開 度的直接碰觸型金屬隔膜閥構(gòu)成前述可變流孔部。
[0020] 權(quán)利要求2的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，由從軸也偏芯既定距離并縱向固定電 動機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)軸體、固定于旋轉(zhuǎn)軸體的外周面的第1軸承W及固定于第1軸承的外周面的 凸緣狀的凸輪板形成可變流孔部的偏芯凸輪，通過旋轉(zhuǎn)軸體的轉(zhuǎn)動而使凸輪板在非旋轉(zhuǎn)狀 態(tài)下向左右方向移動前述既定距離。
[0021] 權(quán)利要求3的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，由具有貫穿設(shè)置于流量控制器本體的 側(cè)面的平面狀的底面的凹部、具有形成于凹部的底面的期望的通路孔徑的閥座、W與閥座 對置狀配設(shè)的倒血型的隔膜、W與隔膜對置狀配設(shè)且使其外方端部抵接于凸輪板的外周面 的隔膜壓件W及向凹部內(nèi)旋入固定且向左右方向移動自由地保持隔膜壓件并按壓固定隔 膜外周緣的按壓金屬件構(gòu)成形成可變流孔部的直接碰觸型金屬隔膜閥。
[0022] 權(quán)利要求4的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，凸輪板的外周面與隔膜壓件的外方端 部的抵接部為在偏芯凸輪轉(zhuǎn)動時僅向左右方向位移的構(gòu)成。
[0023] 權(quán)利要求5的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，為如下的構(gòu)成；使步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動 角度為0^200度，在該轉(zhuǎn)動角度范圍內(nèi)，通過偏芯凸輪而使隔膜壓件沿左右方向位移一定 距離。
[0024] 權(quán)利要求6的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，為如下的構(gòu)成；在與偏芯凸輪的凸輪 板的外周面和隔膜壓件的外方端部的抵接部軸對稱的位置設(shè)有位移傳感器，檢測凸輪板的 轉(zhuǎn)動所導(dǎo)致的前述抵接部的水平方向的位移量，并且，將所檢測的流孔開度信號向流孔開 度運(yùn)算控制部輸入。
[00巧]權(quán)利要求7的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，使由壓力控制部的流量運(yùn)算控制部和 可變流孔部的流孔開度運(yùn)算控制部構(gòu)成的控制部為如下的構(gòu)成：在由于流量控制范圍的切 換而設(shè)定流量信號變化時，在與該設(shè)定流量信號的變化同時，將流孔開放信號向流孔開度 運(yùn)算控制部輸入，增大可變流孔部的流孔開度，并且，在經(jīng)過一定時間后，將既定的流孔開 度設(shè)定信號向流孔開度運(yùn)算控制部輸入，將流孔開度保持為期望的開度。
[0026] 權(quán)利要求8的發(fā)明，在權(quán)利要求7的發(fā)明中，在0.廣0. 5砂期間將可變流孔的開度 保持為設(shè)定流量范圍中的開度的1. 5倍W上，并且，使流量控制時的從100%設(shè)定流量向20% 設(shè)定流量的下降時間為1砂W內(nèi)。
[0027] 權(quán)利要求9的發(fā)明，在權(quán)利要求8的發(fā)明中，使形成可變流孔的直接碰觸型金屬隔 膜閥的閥座的流體通路孔徑為0.廣0. 5mm，并且，使100%設(shè)定流量為10SCCM。
[0028] 權(quán)利要求10的發(fā)明，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，為在可變流孔部的可變流孔的上游 側(cè)通路配置有截流閥的構(gòu)成。
[002引發(fā)明的效果 在本發(fā)明中，為如下的構(gòu)成；由偏芯凸輪8a和步進(jìn)電動機(jī)8b構(gòu)成可變流孔驅(qū)動部8， 并且，W步進(jìn)電動機(jī)8b的1次旋轉(zhuǎn)W下的轉(zhuǎn)動，使偏芯凸輪8a的凸輪板834 W既定量向左 右方向位移，并且，不使該凸輪板834旋轉(zhuǎn)，通過凸輪板834而使可變流孔7的隔膜壓件化 向左右方向按壓移動，調(diào)整可變流孔7的閥座IOdg與隔膜7a之間的間隙（即，流孔孔徑）。
[0030] 結(jié)果，能夠極其迅速地（即，在約0.廣0.5砂W內(nèi)）且正確地進(jìn)行偏芯凸輪8a對 流孔孔徑的調(diào)整，可極其迅速地進(jìn)行流量控制器的控制流量的流量范圍（流量范圍）的切 換。
[0031] 另外，在本發(fā)明中，為如下的構(gòu)成；由壓力控制部Ia的流量運(yùn)算控制部4a和可變 流孔部化的流孔開度運(yùn)算控制部4b形成控制部4,并且，如果在控制流量范圍切換時，向流 量運(yùn)算控制部4a的流量設(shè)定信號Qs的輸入值變化，則由于該流量設(shè)定信號Qs的變化而使 向流孔開度運(yùn)算控制部4b的流孔開度設(shè)定信號A成為1. 5倍W上且可變流孔7成為設(shè)定 流量范圍的1. 5倍W上的開度，在經(jīng)過一定時間后，將流孔開度控制信號A調(diào)整為適合于 控制流量范圍的切換后的流量范圍的開度的設(shè)定值，由此，進(jìn)行流量控制。
[0032] 結(jié)果，在控制流量切換時，可變流孔7的上游側(cè)流體通路內(nèi)的流體順利且迅速地 通過所開孔的流孔孔徑而向下游側(cè)排出，即使是可變流孔7的閥座孔徑為0. 1mm、100%設(shè) 定流量為IOSCCM的小流量區(qū)域，也能夠使該流量在1砂W內(nèi)下降至20%流量設(shè)定流量 (2SCCM)，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅的下降時間的縮短。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式所涉及的壓力控制式流量控制器的構(gòu)成的系統(tǒng) 圖。
[0034] 圖2是第1實施方式所涉及的壓力控制式流量控制器的縱截面圖。
[00巧]圖3是圖2的左側(cè)面圖。
[0036] 圖4是圖2的俯視圖。
[0037] 圖5是圖2的仰視圖。
[0038] 圖6是圖2的部分放大圖。
[0039] 圖7是示出凸輪板的轉(zhuǎn)動角度與凸輪板偏位量的關(guān)系的特性曲線。
[0040] 圖8是示出凸輪板的轉(zhuǎn)動角度與流量范圍（SCCM)的關(guān)系的特性曲線。
[0041] 圖9是小流量區(qū)域中的流量范圍切換時的可變流孔7的動作說明圖。
[0042] 圖10是示出在本發(fā)明所涉及的小流量用壓力控制式流量控制器（最大設(shè)定流量 240SCCM/可變流孔7的閥座孔徑0. Imm ￠)中將設(shè)定流量切換為IOSCCM的情況下的從 100%設(shè)定流量（100SCCM)向20%設(shè)定流量（2SCCM)的流量控制時的下降特性的線圖。
[0043] 圖11是本發(fā)明的第2實施方式所涉及的壓力控制式流量控制器的縱截面圖。
[0044] 圖12是現(xiàn)有的可變流孔型壓力控制式流量控制器的系統(tǒng)圖。
[0045] 圖13是現(xiàn)有的可變流孔部的截面圖概要圖。
[004引圖14是示出使用現(xiàn)有的固定流孔的小流量范圍（100%設(shè)定流量10SCCM)中的流 量控制時的下降特性的系統(tǒng)圖。

【具體實施方式】
[0047] W下，基于附圖而說明本發(fā)明的實施方式。
[0048] 圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式的系統(tǒng)圖，本發(fā)明所涉及的壓力控制式流量控 制器1由壓力控制部Ia和可變流孔化構(gòu)成。另外，前者的壓力控制部Ia與圖12所示的 現(xiàn)有的壓力控制式流量控制器27的壓力控制部A大致相同，由壓力控制閥2、壓力控制閥驅(qū) 動部3、流量運(yùn)算控制部4a、壓力檢測器5、溫度檢測器6等形成。
[0049] 與此相對，可變流孔部化一方，雖然在使用可變流孔（直接碰觸型金屬隔膜閥）7 該點(diǎn)上與圖12所示的現(xiàn)有的壓力控制部A類似，但是形成可變流孔部化的流孔驅(qū)動部8 和流孔開度運(yùn)算控制部4b的構(gòu)造與現(xiàn)有的可變流孔部B顯著地不同，如圖2和圖6所示， 由新穎的流孔驅(qū)動部8、流孔開度運(yùn)算控制部4b、位移傳感器9等形成。
[0050] 目P，在前述壓力控制部Ia中，使用由壓力檢測器5檢測的壓力檢測值Pi和由溫度 檢測器6檢測的溫度檢測值Tl, W流通于可變流孔7的流體流量Qpi作為Qpi=KPi而運(yùn)算，并 且，通過設(shè)定流量Qs與檢測流量Qpi的差信號（控制信號）Qy而驅(qū)動控制閥驅(qū)動部3,對壓 力控制閥2的開度進(jìn)行控制，使得前述差信號（控制信號）Qy成為零。
[0051] 另外，在前述可變流孔部化中，由輸入有流孔開度設(shè)定信號A的流孔開度運(yùn)算控 制部4b、通過流孔控制信號Q。的輸入而驅(qū)動可變流孔7的可變流孔驅(qū)動部8、構(gòu)成可變流孔 7的金屬碰觸型隔膜閥W及檢測可變流孔7的工作量（位移量）的位移傳感器9等形成可 變流孔部化，在流孔開度運(yùn)算控制部4b中，將由位移傳感器9檢測的可變流孔7的開度檢 測信號（位移量信號）Ql與流孔開度設(shè)定信號A對比，并且，根據(jù)流孔控制信號Q。而經(jīng)由 可變流孔驅(qū)動部8來調(diào)整形成可變流孔7的金屬碰觸型隔膜閥的開度（即，流孔孔徑），使 得開度檢測信號（位移量信號）與流孔開度設(shè)定信號Qz之差成為零。
[0052] 此外，前述壓力控制部Ia的構(gòu)成及作用和將金屬碰觸型隔膜閥用作可變流孔部 化的可變流孔7的點(diǎn)通過前述專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2等而眾所周知，因而省略其詳細(xì)的 說明。
[0053] 另外，在圖1中，28a是氣體入口，28b是氣體出口。
[0054] 圖2是第1實施方式所涉及的壓力控制式流量控制器1的縱截面概要圖，圖3是 其左側(cè)面圖，圖4是其俯視圖，圖5是其仰視圖。另外，圖6是圖2中的可變流孔部化的部 分放大圖。
[0055] 在圖2至圖6中，2a是構(gòu)成壓力控制閥2的隔膜，2b是隔膜壓件，2c是盤形彈黃， 3a是形成壓力控制閥驅(qū)動部3的壓電元件，4是形成流量運(yùn)算控制部4a和流孔開度運(yùn)算控 巧Ij部4b的控制部，4c是連接口，5是壓力檢測器，6是溫度檢測器（省略圖示），7是可變流 孔（直接碰觸型金屬隔膜閥），8a是構(gòu)成可變流孔驅(qū)動部8的偏芯凸輪，8b是步進(jìn)電動機(jī)， 9是位移傳感器，10是流量控制器本體，11是熱式流量計的層流元件，12是熱式流量計（質(zhì) 量流量計），13是聯(lián)接固定用螺栓，14是螺栓插入孔，15是外殼，16是密封件。
[0056] 前述流量控制器本體10通過由聯(lián)接固定用螺栓13將四棱柱狀的第1本體10a、四 棱柱狀的第2本體10b、四棱柱狀的第3本體IOc W及四棱柱狀的第4本體IOd相互一體地 聯(lián)接而形成，在第1本體IOa的上表面?zhèn)?，形成有插入固定有壓力控制閥2的各構(gòu)成部財?shù)?凹部lOai、流體通路1032 W及流體通路1033。
[0057] 另外，第2本體I化使密封件16夾持而固定于第I本體的背面?zhèn)?，流體通路IObi 與1032氣密地聯(lián)接。此外，IObs是流體流入口。
[0058] 而且，第3本體IOc在前述第1本體的右側(cè)面介入設(shè)置有層流元件11并由聯(lián)接螺 栓13氣密地固定，在其上表面?zhèn)劝惭b固定有熱量式流量計12,另外，在下表面?zhèn)劝惭b固定 有壓力檢測器5。此外，IOC1UOC2UOC3是流體通路。
[0059] 前述第4本體IOd在第3本體IOc的右側(cè)側(cè)面介入設(shè)置有密封件16并由聯(lián)接螺 栓（省略圖示）氣密地固定，在其上表面?zhèn)裙潭ㄓ行纬珊笫龅目勺兞骺昨?qū)動部8的步進(jìn)電 動機(jī)8b，另外，在該第4本體IOd的右側(cè)下方，形成有容納偏芯凸輪8a等凸輪機(jī)構(gòu)的空間 部。而且，在第4本體IOd的右側(cè)面，設(shè)有形成可變流孔7的直接碰觸型金屬隔膜閥的收納 用凹部lOdi。此外，10d2、10d3是流體通路，10d4是流體流出口。
[0060] 此外，上述流體控制器本體10的組裝構(gòu)造和壓力控制閥2、壓力控制閥驅(qū)動部3、 控制部4的流量運(yùn)算控制部4a、壓力檢測器5、溫度檢測器6、形成可變流孔7的直接碰觸型 金屬隔膜閥、可變流孔驅(qū)動部8的步進(jìn)電動機(jī)8b、位移傳感器9等全都是眾所周知的，因而 在此省略其詳細(xì)的說明。
[0061] 圖6是作為本發(fā)明的主要部分的可變流孔部化的機(jī)構(gòu)部分的放大縱截面，該可變 流孔部化由可變流孔7和可變流孔驅(qū)動部8形成。
[0062] 另外，可變流孔7由形成于設(shè)在第4本體IOd的右側(cè)側(cè)面的凹部IOdi的底面的平 面狀的閥座10屯、與此對置狀地配置的金屬隔膜7a、按壓隔膜的隔膜壓件化、按壓金屬隔膜 7a的外周緣部的墊圈7c W及向凹部IOdi內(nèi)旋入固定且左右運(yùn)動自由地保持隔膜壓件化 并由前端部按壓墊圈7c的按壓體7d等構(gòu)成，具有與現(xiàn)有的所謂直接碰觸型金屬隔膜閥同 樣的構(gòu)造。
[0063] 更具體而言，前述閥座IOds W扁平片狀形成，流體通路IOds的前端部的孔徑（即， 閥座IOdg的孔徑）選定為0.廣1. Omm,長度選定為廣3mm。
[0064] 另外，前述隔膜7a選定為外徑8mm ￠,難W受到流體內(nèi)壓的影響。
[006引而且，閥座片IOds與隔膜7a之間的距離（即，流孔的間隙），通過選定后述的步進(jìn) 電動機(jī)8b與偏芯凸輪8a的角度分配而設(shè)定為0. (KU?0. 3mm，由此，進(jìn)行可變流孔的Cv值設(shè) 定。
[0066] 前述可變流孔驅(qū)動部8由偏芯凸輪8a和步進(jìn)電動機(jī)8b構(gòu)成，偏芯凸輪8a如圖6 所示由具有大徑部、中徑部W及小徑部的3段狀的外徑的柱狀的旋轉(zhuǎn)軸體8ai、嵌合于旋轉(zhuǎn) 軸體8ai的中徑部外周面的第1軸承832、嵌合于旋轉(zhuǎn)軸體8a的小徑部外周面的第2軸承 833 W及嵌合于前述第1軸承832的外周面的凸輪板834等形成，由縱向插入固定于從旋轉(zhuǎn) 軸體8ai的軸芯偏芯既定量的位置的電動機(jī)軸8bi旋轉(zhuǎn)自由地支撐固定旋轉(zhuǎn)軸體8ai。
[0067] 目P，電動機(jī)軸8bi轉(zhuǎn)動，由此旋轉(zhuǎn)軸體8ai轉(zhuǎn)動?？墒牵捎诮槿朐O(shè)置有第1軸承 832,因而嵌合于其外輪側(cè)的凸輪板834保持為旋轉(zhuǎn)自由的狀態(tài)，結(jié)果，凸輪板834的外周面 與隔膜壓件化的外端面的抵接部8P保持為不相互接觸移動（滑動）的狀態(tài)。此外，此時， 隔膜壓件化通過倒盤形的隔膜7a的彈性力而始終沿凸輪板834的方向被按壓。
[006引電動機(jī)軸8bi與旋轉(zhuǎn)軸體8ai的軸芯偏芯既定量并固定于旋轉(zhuǎn)軸體8ai，在本實施 方式中，偏芯距離選定為0. 2mm，凸輪板8曰4的外徑選定為20mm 。
[006引結(jié)果，電動機(jī)軸8bi轉(zhuǎn)動，由此，凸輪板834的外周面的抵接部8P經(jīng)由第1軸承832 而向圖6的左右方向移動，例如，如果外周面的抵接部8P向右方向移動，則由于隔膜7a的 彈性力，隔膜壓件化追隨抵接部8P的移動而向右方向移動，閥開度變大。
[0070] 在前述步進(jìn)電動機(jī)8b中，使用外徑口 28mm、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩0. llN/m、旋轉(zhuǎn)時間200度 /0. 2砂，在本實施方式中，能夠通過偏芯凸輪8a的旋轉(zhuǎn)角度180度而得到400 y m的位移， 在1/16微步驅(qū)動中，進(jìn)行400 y m/1600分割的定位。
[OCm] 另外，由與凸輪板8曰4對置狀設(shè)置的位移傳感器9檢測凸輪板8曰4的位移量斯，將 該位移量檢測信號斯向流孔開度運(yùn)算控制部4b輸入并進(jìn)行流孔控制信號Q。向可變流孔驅(qū) 動部8的反饋控制，由此，進(jìn)行可變流孔7的開度調(diào)整（即抵接部8P的位置調(diào)整）。
[0072] 而且，由于可變流孔7考慮溫度導(dǎo)致的Cv值特性的變化，因而期望在上述流孔開 度調(diào)整中施行所謂溫度修正。
[0073] 圖7示出圖6的實施方式中的凸輪834的轉(zhuǎn)動角度和凸輪板834的位移量的關(guān)系， 曲線A示出實施值，曲線B示出計算值。
[0074] 此外，實際測得凸輪板8a4的外徑為20mm且偏芯量為0. 2mm，能夠確認(rèn)位移量y m 和旋轉(zhuǎn)角度的實測值A(chǔ)接近計算值B。
[00巧]另外，圖8示出圖6的實施方式中的凸輪板834的旋轉(zhuǎn)角度與流量范圍（SCCM)的 關(guān)系，設(shè)定為凸輪板834的外徑20mm、偏芯量0. 2mm、隔膜7a的外徑8mm 4、閥座IOdg的孔 徑 0. 3mm 、孔長 2. 5mm。
[0076] [表 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種可變流孔型壓力式流量控制器，其特征在于，具備壓力控制部和可變流孔部，使 流通于可變流孔部的流孔的流體的流量為Qp 1=KP1 (但是，P1是流孔上游側(cè)壓力，K是常數(shù)） 而運(yùn)算，并且，使所述流孔為由直接碰觸型金屬隔膜閥的閥座與隔膜之間的環(huán)狀的間隙構(gòu) 成的流孔，通過向所述壓力控制部的流量運(yùn)算控制部的設(shè)定流量信號Q s和向可變流孔部的 流孔開度運(yùn)算控制部的流孔開度設(shè)定信號Qz的變更而進(jìn)行流量控制范圍的切換以及該流 量控制范圍中的流量控制，在該可變流孔型壓力控制式流量控制器中，由流孔開度運(yùn)算控 制部、通過來自流孔開度運(yùn)算控制部的流孔控制信號而驅(qū)動的步進(jìn)電動機(jī)、通過步進(jìn)電動 機(jī)而轉(zhuǎn)動的偏芯凸輪以及通過偏芯凸輪而經(jīng)由隔膜壓件來控制閥開度的直接碰觸型金屬 隔膜閥構(gòu)成所述可變流孔部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，由從軸心 偏芯既定距離并縱向固定電動機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)軸體、固定于旋轉(zhuǎn)軸體的外周面的第1軸承以及 固定于第1軸承的外周面的凸緣狀的凸輪板形成可變流孔部的偏芯凸輪，通過旋轉(zhuǎn)軸體的 轉(zhuǎn)動而使凸輪板在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下向左右方向移動所述既定距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，由具有貫 穿設(shè)置于流量控制器本體的側(cè)面的平面狀的底面的凹部、具有形成于凹部的底面的期望的 通路孔徑的閥座、以與閥座對置狀配設(shè)的倒血型的隔膜、以與隔膜對置狀配設(shè)且使其外方 端部抵接于凸輪板的外周面的隔膜壓件以及向凹部內(nèi)旋入固定且向左右方向移動自由地 保持隔膜壓件并按壓固定隔膜外周緣的按壓金屬件構(gòu)成形成可變流孔部的直接碰觸型金 屬隔膜閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，凸輪板的 外周面與隔膜壓件的外方端部的抵接部為在偏芯凸輪轉(zhuǎn)動時僅向左右方向位移的構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，為如下的 構(gòu)成：使步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動角度為(Γ200度，在該轉(zhuǎn)動角度范圍內(nèi)，通過偏芯凸輪而使隔膜 壓件沿左右方向位移一定距離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，為如下的 構(gòu)成：在與偏芯凸輪的凸輪板的外周面和隔膜壓件的外方端部的抵接部軸對稱的位置設(shè)有 位移傳感器，檢測凸輪板的轉(zhuǎn)動所導(dǎo)致的所述抵接部的水平方向的位移量，并且，將所檢測 的流孔開度信號向流孔開度運(yùn)算控制部輸入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，使由壓力 控制部的流量運(yùn)算控制部和可變流孔部的流孔開度運(yùn)算控制部構(gòu)成的控制部為如下的構(gòu) 成：在由于流量控制范圍的切換而設(shè)定流量信號變化時，在與該設(shè)定流量信號的變化同時， 將流孔開放信號向流孔開度運(yùn)算控制部輸入，增大可變流孔部的流孔開度，并且，在經(jīng)過一 定時間后，將既定的流孔開度設(shè)定信號向流孔開度運(yùn)算控制部輸入，將流孔開度保持為期 望的開度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，在0. 1~0. 5 秒期間將可變流孔的開度保持為設(shè)定流量范圍中的開度的1. 5倍以上，并且，使流量控制 時的從100%設(shè)定流量向20%設(shè)定流量的下降時間為1秒以內(nèi)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，使形成可 變流孔的直接碰觸型金屬隔膜閥的閥座的流體通路孔徑為0. 1、. 5mm，并且，使100%設(shè)定 流量為10SCCM。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變流孔型壓力控制式流量控制器，其特征在于，為在可變 流孔部的可變流孔的上游側(cè)通路配置有截流閥的構(gòu)成。
【文檔編號】F16K31/04GK104321710SQ201380021770
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月26日
【發(fā)明者】土肥亮介, 西野功二, 澤田洋平, 池田信一 申請人:株式會社富士金