JP2007024069A - Air pressure type flow control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体(液体あるいは気体)の流量を一定に制御する流量調節弁に関し、特に半導体製造等に使用される空圧式流量調節弁に関する。 The present invention relates to a flow rate control valve that controls the flow rate of a fluid (liquid or gas) at a constant level, and more particularly, to a pneumatic flow rate control valve used in semiconductor manufacturing or the like.
例えば、図13に示す流量調節弁100は、弁座125をシールする弁部135とダイヤフラム140とを一体に有する弁機構体130を備え、該弁機構体130が進退することによって弁部135が開閉するとともに、ダイヤフラム140の膜部143が可動するように構成される。図13において、符号111はボディ本体、120は弁室、121は流入側の第1開口、122は流出側の第2開口、123はオリフィス部、130は弁機構体、142はボディ本体111に固定されるダイヤフラム140の外周部である。
For example, the
上記流量調節弁100にあっては、第1開口121側(一次側)あるいは第2開口122側(二次側)で流体の圧力変動が生じると、その変動がダイヤフラム140に作用して弁部135の開度に影響を与えることがある。そのため、ダイヤフラム140の膜部143に作用する流体圧力P11と、弁部135に作用する流体圧力P12とがほぼ相殺されるように、前記ダイヤフラム140の膜部143の膜幅W10が適宜調節されて、流体圧力による悪影響を抑制するように構成される(例えば、特許文献1参照。)。
In the flow
ところで、半導体製造等の分野では、洗浄工程の薬液供給時や、CMP工程の研磨液(スリラー液)供給時等に、加圧空気による加圧手段を用いて流体(液体あるいは気体)の流量を制御する空圧式の流量調節弁が好適に使用される。上記半導体製造等における洗浄工程やCMP工程では、流量調節弁によって制御される流体の流量が微量(例えば、数ml/min〜2000ml/min)であるため、微少な流量変化や濃度変化がエッチングレートや研磨レートに大きな影響を及ぼしたり、圧力変動による弁部の開度が変化した場合の修正動作を素早く行う必要がある。そのため、一般産業と比較して、流量調節弁の弁部の開閉時における作動の再現性や、制御の安定性及び応答性が特に要求される。 By the way, in the field of semiconductor manufacturing or the like, the flow rate of a fluid (liquid or gas) is increased by using a pressurizing means using pressurized air when supplying a chemical solution in a cleaning process or supplying a polishing liquid (a thriller liquid) in a CMP process. A pneumatic flow control valve to be controlled is preferably used. In the cleaning process and the CMP process in the semiconductor manufacturing and the like, the flow rate of the fluid controlled by the flow rate control valve is very small (for example, several ml / min to 2000 ml / min). In addition, it is necessary to perform a corrective action quickly when it greatly affects the polishing rate or when the opening of the valve portion changes due to pressure fluctuation. Therefore, compared with the general industry, the reproducibility of the operation at the time of opening and closing the valve portion of the flow control valve, and the stability and responsiveness of the control are particularly required.
上記の如く、流量調節弁によって制御される流体の流量が微量であることから、該流量調節弁では、オリフィス径やダイヤフラム膜部の膜幅を小さくする必要があった。しかしながら、従来の流量調節弁100では、弁部135の開閉時にダイヤフラム140の膜部143が可動する際に、図14の模式図に示すように、前記膜部143が通常時(143A)の膜幅W11から可動時(143B)の膜幅W12の間で伸縮するので、膜幅が小さい場合には特に膜部143の応力が大きくなってしまう。そのため、図15のグラフに示すように、弁部135を開放する際の前記弁部135の開度に対する加圧空気(加圧手段)の設定圧力f1と、弁部135を閉鎖する際の前記弁部135の開度に対する加圧空気(加圧手段)の設定圧力f2とがそれぞれ異なることによるヒステリシスエラーe1が大きくなり、加圧空気による加圧手段の所定の設定圧力における前記弁部135の作動の再現性を実現することが困難となって、制御の応答性や安定性に悪影響を及ぼすという問題があった。
本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、特に半導体製造等に使用される流量調節弁に関し、ダイヤフラムの膜部の応力を小さくしてヒステリシスエラーを低減させることにより、弁部の開閉時における作動の再現性を実現し、制御の応答性や安定性を向上させることができる空圧式流量調節弁を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above points, and particularly relates to a flow control valve used in semiconductor manufacturing or the like, by reducing the stress of the diaphragm film portion to reduce hysteresis error, thereby opening and closing the valve portion. It is intended to provide a pneumatic flow rate control valve that realizes the reproducibility of operation and improves the response and stability of control.
すなわち、請求項1の発明は、流体の流出入のための第1開口及び第2開口が弁座を介して設けられた弁室内に、前記弁座をシールする弁部と前記第1開口側に配された第1ダイヤフラムと前記第2開口側に配された第2ダイヤフラムとを一体に有する弁機構体が配置され、前記第1ダイヤフラム及び第2ダイヤフラムを加圧手段によってそれぞれ弁室方向に所定圧力で加圧して前記弁室内を流通する流体の流量を制御するようにした弁において、前記第1及び第2ダイヤフラムの加圧手段のいずれか一方をスプリングとし、他方を加圧空気とするとともに、前記第1及び第2ダイヤフラムの外周をサポートリングによって挟持して、前記第1及び第2ダイヤフラムにおけるそれぞれのダイヤフラム部の膜部最大径(L1,L2)と膜部最小径(S1,S2)を2分した位置での中間直径距離(M1,M2)を、前記弁室のオリフィス径(O)の約0.5〜2倍の範囲内としたことを特徴とする空圧式流量調節弁に係る。 That is, according to the first aspect of the present invention, in the valve chamber in which the first opening and the second opening for inflow and outflow of the fluid are provided via the valve seat, the valve portion for sealing the valve seat and the first opening side A valve mechanism body integrally including a first diaphragm disposed on the second opening and a second diaphragm disposed on the second opening side is disposed, and the first diaphragm and the second diaphragm are respectively moved toward the valve chamber by a pressurizing unit. In a valve that is pressurized at a predetermined pressure to control the flow rate of fluid flowing through the valve chamber, one of the pressurizing means of the first and second diaphragms is a spring and the other is pressurized air. In addition, the outer circumferences of the first and second diaphragms are sandwiched by support rings, and the film part maximum diameters (L1, L2) and the film part minimum of each diaphragm part in the first and second diaphragms An intermediate diameter distance (M1, M2) at a position where (S1, S2) is divided into two is within a range of about 0.5 to 2 times the orifice diameter (O) of the valve chamber. Related to pressure flow control valve.
請求項2の発明は、前記弁機構体の第1及び第2ダイヤフラムの連結部に補強用シャフトを有する請求項1に記載の空圧式流量調節弁に係る。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the pneumatic flow rate control valve according to the first aspect, wherein a reinforcing shaft is provided at a connecting portion between the first and second diaphragms of the valve mechanism body.
請求項3の発明は、前記第1及び第2ダイヤフラムの各中間直径距離(M1,M2)が、前記オリフィス径の約0.7〜1.3倍の範囲内である請求項1又は2に記載の空圧式流量調節弁に係る。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, each intermediate diameter distance (M1, M2) of the first and second diaphragms is in a range of about 0.7 to 1.3 times the orifice diameter. According to the described pneumatic flow control valve.
請求項4の発明は、前記加圧空気による加圧手段に加圧空気の受圧用ダイヤフラムを有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の空圧式流量調節弁に係る。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the pneumatic flow control valve according to any one of the first to third aspects, wherein the pressurizing means using the pressurized air has a diaphragm for receiving pressurized air.
請求項5の発明は、前記スプリングによる加圧手段にスプリング荷重の調節部を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の空圧式流量調節弁に係る。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the pneumatic flow rate regulating valve according to any one of the first to fourth aspects, wherein the pressure applying means by the spring has a spring load adjusting portion.
請求項6の発明は、前記スプリング又は加圧空気による加圧手段に微調整用のスプリングを有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の空圧式流量調節弁に係る。 A sixth aspect of the present invention relates to the pneumatic flow control valve according to any one of the first to fifth aspects, wherein the spring or the pressurizing means using pressurized air has a spring for fine adjustment.
請求項1の発明に係る空圧式流量調節弁によれば、流体の流出入のための第1開口及び第2開口が弁座を介して設けられた弁室内に、前記弁座をシールする弁部と前記第1開口側に配された第1ダイヤフラムと前記第2開口側に配された第2ダイヤフラムとを一体に有する弁機構体が配置され、前記第1ダイヤフラム及び第2ダイヤフラムを加圧手段によってそれぞれ弁室方向に所定圧力で加圧して前記弁室内を流通する流体の流量を制御するようにした弁において、前記第1及び第2ダイヤフラムの加圧手段のいずれか一方をスプリングとし、他方を加圧空気とするとともに、前記第1及び第2ダイヤフラムの外周をサポートリングによって挟持して、前記第1及び第2ダイヤフラムにおけるそれぞれのダイヤフラム部の膜部最大径と膜部最小径を2分した位置での中間直径距離を、前記弁室のオリフィス径の約0.5〜2倍の範囲内としたので、流体の圧力変動による弁部の開度変化を抑制することができ、特に、前記第1及び第2ダイヤフラムの外周をサポートリングによって狭持して膜部を構成しているため、前記膜部の応力が小さくなって、弁部が開閉する際のヒステリシスエラーを低減することが可能となり、前記弁部の開閉時における作動の再現性が実現されて、制御の応答性や安定性を向上させることができる。したがって、半導体製造等の洗浄工程やCMP工程等に好適に使用することができ、半導体等の製品の生産性や品質を向上させることができる。 According to the pneumatic flow control valve of the first aspect of the present invention, the valve seat seals the valve seat in the valve chamber in which the first opening and the second opening for inflow and outflow of the fluid are provided via the valve seat. And a valve mechanism body integrally including a first diaphragm disposed on the first opening side and a second diaphragm disposed on the second opening side, and pressurizing the first diaphragm and the second diaphragm In each of the valves configured to control the flow rate of the fluid flowing through the valve chamber by pressurizing with a predetermined pressure in the direction of the valve chamber by each means, either one of the pressurizing means of the first and second diaphragms is a spring, The other is pressurized air, and the outer circumferences of the first and second diaphragms are sandwiched by support rings, and the maximum film diameter and the film part of each diaphragm part in the first and second diaphragms Since the intermediate diameter distance at the position where the small diameter is divided into two is within the range of about 0.5 to 2 times the orifice diameter of the valve chamber, it is possible to suppress the change in the opening degree of the valve portion due to the fluid pressure fluctuation. In particular, since the membrane portion is configured by holding the outer periphery of the first and second diaphragms with a support ring, the stress of the membrane portion becomes small, and a hysteresis error when the valve portion opens and closes is generated. Thus, the reproducibility of the operation when the valve portion is opened and closed is realized, and the control response and stability can be improved. Therefore, it can be used suitably for cleaning processes such as semiconductor manufacturing, CMP processes, etc., and the productivity and quality of products such as semiconductors can be improved.
請求項2によれば、請求項1において、前記弁機構体の第1及び第2ダイヤフラムの連結部に補強用シャフトを有するため、前記弁機構体の耐久性及び安定性が向上し、より確実に弁部の作動の再現性を実現することができる。
According to
請求項3によれば、請求項1又は2において、前記第1及び第2ダイヤフラムの各中間直径距離が、前記オリフィス径の約0.7〜1.3倍の範囲内であるため、前記第1及び第2ダイヤフラムに対する流体の圧力変動の影響をさらに抑制することができる。 According to a third aspect, in the first or second aspect, each intermediate diameter distance of the first and second diaphragms is within a range of about 0.7 to 1.3 times the orifice diameter. It is possible to further suppress the influence of fluid pressure fluctuations on the first and second diaphragms.
請求項4によれば、請求項1ないし3において、前記加圧空気による加圧手段に加圧空気の受圧用ダイヤフラムを有するため、第1又は第2ダイヤフラムに対する加圧空気の影響を防止することができ、弁機構体をより確実に作動させることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the pressurizing means using the pressurized air has a pressure receiving diaphragm for the pressurized air, so that the influence of the pressurized air on the first or second diaphragm is prevented. And the valve mechanism can be operated more reliably.
請求項5によれば、請求項1ないし4において、前記スプリングによる加圧手段にスプリング荷重の調節部を有するため、前記スプリング荷重の微調整を行うことができ、前記弁部の開き出し圧力の調節を容易に行うことができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, since the spring pressurizing means has a spring load adjusting portion, the spring load can be finely adjusted, and the opening pressure of the valve portion can be adjusted. Adjustment can be made easily.
請求項6によれば、請求項1ないし5において、前記スプリング又は加圧空気による加圧手段に微調整用のスプリングを有するため、より精度よくスプリング荷重の微調整を行うことができる。 According to the sixth aspect, in the first to fifth aspects, since the spring or the pressurizing means using the pressurized air has the spring for fine adjustment, the fine adjustment of the spring load can be performed with higher accuracy.
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図1はこの発明の一実施例に係る空圧式流量調節弁の開弁状態の縦断面図、図2は同空圧式流量調節弁の閉弁状態の縦断面図、図3は第1ダイヤフラムの中間直径距離をオリフィス径より大きく形成した際に作用する流体圧力の関係を示した要部断面図、図4は第2ダイヤフラムの中間直径距離をオリフィス径より大きく形成した際に作用する流体圧力の関係を示した要部断面図、図5は第1ダイヤフラムの中間直径距離をオリフィス径より小さく形成した際に作用する流体圧力の関係を示した要部断面図、図6は第2ダイヤフラムの中間直径距離をオリフィス径より小さく形成した際に作用する流体圧力の関係を示した要部断面図、図7は同空圧式流量調節弁の第1ダイヤフラムの外周部近傍の断面図、図8は第1ダイヤフラムの膜部の可動状態を表した模式図、図9は同空圧式流量調節弁の加圧空気による加圧手段の設定圧力と弁部の開度又は流量との関係を表したグラフ、図10は他の実施例に係る空圧式流量調節弁の開弁状態の縦断面図、図11は同空圧式流量調節弁の閉弁状態の縦断面図、図12は同空圧式流量調節弁の加圧手段の設定圧力と弁部の開度又は流量との関係を表したグラフである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a pneumatic flow rate control valve according to an embodiment of the present invention in an opened state, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the pneumatic flow rate control valve in a closed state, and FIG. 3 is a diagram of a first diaphragm. FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part showing the relationship of the fluid pressure acting when the intermediate diameter distance is formed larger than the orifice diameter. FIG. 4 shows the fluid pressure acting when the intermediate diameter distance of the second diaphragm is formed larger than the orifice diameter. FIG. 5 is a cross-sectional view of the principal part showing the relationship, FIG. 5 is a cross-sectional view of the principal part showing the relation of the fluid pressure acting when the intermediate diameter distance of the first diaphragm is made smaller than the orifice diameter, and FIG. 6 is the intermediate part of the second diaphragm. FIG. 7 is a cross-sectional view of the principal part showing the relationship of fluid pressure acting when the diameter distance is made smaller than the orifice diameter, FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of the outer periphery of the first diaphragm of the same pneumatic flow control valve, 1 diaphragm membrane part possible FIG. 9 is a schematic diagram showing the state, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the set pressure of the pressurizing means by the pressurized air of the pneumatic flow control valve and the opening or flow rate of the valve part, and FIG. 10 is another embodiment. FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the pneumatic flow rate regulating valve in the opened state, FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the pneumatic flow rate regulating valve in the closed state, and FIG. 12 is a set pressure of the pressurizing means of the pneumatic flow regulating valve. It is the graph showing the relationship between the opening degree or flow volume of a valve part.
図1及び図2に示す本発明の一実施例に係る空圧式流量調節弁10は、弁室20と、弁機構体30と、加圧手段60,70とを備える。図において、符号11はフッ素樹脂等の耐蝕性及び耐薬品性の高い樹脂からなるボディ本体である。
The pneumatic flow
弁室20は、前記ボディ本体11内に形成され、流体の流出入のための第1開口21及び第2開口22が弁座25を介して設けられている。符号23はオリフィス部、26は第1開口側弁室、27は第2開口側弁室、28は第1開口側弁室26と第2開口側弁室27との接続流路である。なお、実施例では、第1開口21は流体の流入側(一次側)、第2開口22は流体の流出側(二次側)とされている。
The
弁機構体30は、図1ないし図4に示すように、弁室20内に配置され、弁座25をシールする弁部35と第1開口21側に配された第1ダイヤフラム40と第2開口22側に配された第2ダイヤフラム50とを一体に有する。実施例の弁機構体30は、ボディ本体11と同様にフッ素樹脂等の耐蝕性及び耐薬品性の高い樹脂からなり、第1ダイヤフラム40と第2ダイヤフラム50とが連結部31を介して一体に形成されるとともに、前記連結部31の第1開口側弁室26側に弁部35が形成されてオリフィス部23を開閉するように構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
弁機構体30の弁部35は、図3に示すように、第1開口21側からの流体圧力に対する受圧面36と、第2開口22側からの流体圧力に対する受圧面37とを有する。実施例の弁部35では、前記受圧面36は、オリフィス部23より内側に形成された前記弁部35前側のテーパ面であり、前記受圧面37は、前記オリフィス部23より内側に形成された前記弁部35後側のテーパ面である。なお、図中の符号38は前記受圧面36に連続して形成された前記オリフィス部23より外側のテーパ面、39は前記オリフィス部23より外側に形成された弁部35後側の平坦面を表す。
As shown in FIG. 3, the
第1ダイヤフラム40は、図3,図5,図7に示すように、連結部31の第1開口21側に一体に形成され、薄肉のダイヤフラム部41と、ボディ本体11に固定される外周部42とを有しており、該第1ダイヤフラム40の外周がサポートリング45によって狭持されるように構成される。この第1ダイヤフラム40では、前記サポートリング45によって外周部42とダイヤフラム部41の外周側部分とを狭持して、流体の圧力が作用する受圧面41aを有する膜部(可動部)43が形成され、該膜部43の最大径L1と最小径S1を2分した位置での中間直径距離M1が、オリフィス径Oの約0.5〜2倍の範囲内となるように構成されている。
As shown in FIGS. 3, 5, and 7, the
前記第1ダイヤフラム40の膜部43の最大径L1と最小径S1を2分した位置での中間直径距離M1は、前記膜部43の受圧面41aに対して第1開口21側からの流体圧力P1が作用する際のいわゆる第1ダイヤフラム40の膜部43の有効受圧径として考えることができる。また、弁部35では、第1開口21側から流体圧力を受けた場合、オリフィス部23より外側のテーパ面38及び平坦面39にそれぞれ作用する流体圧力P3,P4が相殺されるため、第1開口21側からの流体圧力P2は弁部35の受圧面36に作用するものとして考えることができる。
The intermediate diameter distance M1 at the position where the maximum diameter L1 and the minimum diameter S1 of the
そこで、図3に示すように、第1ダイヤフラム40の膜部43の中間直径距離M1をオリフィス径Oより大きく(ここでは1〜2倍の範囲内)形成した場合では、前記流体圧力P1,P2をほぼ相殺することができ、第1ダイヤフラム40に対する第1開口21側流体の圧力変動の影響を抑制することができる。前記中間直径距離M1を前記オリフィス径Oの2倍より大きく形成した場合は、第1ダイヤフラム40の膜部43に対して作用する流体圧力P1が大きくなりすぎて流体圧力P2によって相殺されなくなるため、第1開口21側(一次側)での圧力変動が弁部35の開度に影響を与えて適正な開度制御が困難となる。
Therefore, as shown in FIG. 3, when the intermediate diameter distance M1 of the
また、図5に示すように、第1ダイヤフラム40の膜部43の中間直径距離M1をオリフィス径Oより小さく(ここでは0.5〜1倍の範囲内)形成した場合であっても、前記流体圧力P1,P2をほぼ相殺することができ、第1ダイヤフラム40に対する第1開口21側流体の圧力変動の影響を抑制することができる。前記中間直径距離M1を前記オリフィス径Oの0.5倍より小さく形成した場合は、第1ダイヤフラム40の膜部43に対して作用する流体圧力P1が小さくなりすぎて流体圧力P2によって相殺されなくなるため、第1開口21側(一次側)での圧力変動が弁部35の開度に影響を与えて適正な開度制御が困難となる。
Further, as shown in FIG. 5, even when the intermediate diameter distance M1 of the
したがって、前記中間直径距離M1をオリフィス径Oの約0.5〜2倍の範囲内とすることにより、前記流体圧力P1,P2をほぼ相殺することができ、第1ダイヤフラム40に対する第1開口21側流体の圧力変動の影響を抑制することができる。特に、前記中間直径距離M1をオリフィス径Oの約0.7〜1.3倍の範囲内とすれば、第1ダイヤフラム40に対する第1開口21側流体の圧力変動の影響をさらに抑制することができる。
Therefore, by setting the intermediate diameter distance M1 within the range of about 0.5 to 2 times the orifice diameter O, the fluid pressures P1 and P2 can be substantially canceled out, and the
また、上記の如く構成された第1ダイヤフラム40にあっては、第1ダイヤフラム40の外周(ダイヤフラム部41の外周側部分及び外周部42)をサポートリング45によって狭持して膜部43が形成されているため、弁部35の開閉時には、ダイヤフラム部41全体に対して膜部43が可動する。すなわち、図8に示すように、ダイヤフラム部41全幅W1(外周側部分の幅W3+通常時の膜部43Aの膜幅W4)に対して、膜部43が通常時(43A)の膜幅W4から可動時(43B)の膜幅W2の間で伸縮する。したがって、従来に比して可動時における膜部43の応力を小さくすることができ、弁機構体30の弁部35が開閉する際のヒステリシスエラーを低減することが可能となる。
Further, in the
一方、第2ダイヤフラム50は、図4及び図6に示すように、連結部31の第2開口22側に一体に形成され、薄肉のダイヤフラム部51と、ボディ本体11に固定される外周部52とを有しており、該第2ダイヤフラム50の外周がサポートリング55によって狭持されるように構成される。この第2ダイヤフラム50では、前記第1ダイヤフラム40と同様に、前記サポートリング55によって外周部52とダイヤフラム部51の外周側部分とが狭持されて、流体の圧力が作用する受圧面51aを有する膜部(可動部)53が形成され、該膜部53の最大径L2と最小径S2を2分した位置での中間直径距離M2が、オリフィス径Oの約0.5〜2倍の範囲内となるように構成されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 4 and 6, the
前記第2ダイヤフラム50の膜部53の最大径L2と最小径S2を2分した位置での中間直径距離M2は、前記膜部53の受圧面51aに対して第2開口22側からの流体圧力P5が作用する際のいわゆる第2ダイヤフラム50の膜部53の有効受圧径として考えることができる。また、弁部35では、第2開口22側から流体圧力を受けた場合、前記第2開口22側からの流体圧力P6は弁部35の受圧面37に作用するものとして考えることができる。
The intermediate diameter distance M2 at the position where the maximum diameter L2 and the minimum diameter S2 of the
そこで、図4に示すように、第2ダイヤフラム50の膜部53の中間直径距離M2をオリフィス径Oより大きく(ここでは1〜2倍の範囲内)形成した場合では、前記流体圧力P5,P6をほぼ相殺することができ、第2ダイヤフラム50に対する第2開口22側流体の圧力変動の影響を抑制することができる。前記中間直径距離M2を前記オリフィス径Oの2倍より大きく形成した場合は、第2ダイヤフラム50の膜部53に対して作用する流体圧力P5が大きくなりすぎて流体圧力P6によって相殺されなくなるため、第2開口22側(二次側)での圧力変動が弁部35の開度に影響を与えて適正な開度制御が困難となる。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the intermediate diameter distance M2 of the
また、図6に示すように、第2ダイヤフラム50の膜部53の中間直径距離M2をオリフィス径Oより小さく(ここでは0.5〜1倍の範囲内)形成した場合であっても、前記流体圧力P5,P6をほぼ相殺することができ、第2ダイヤフラム50に対する第2開口22側流体の圧力変動の影響を抑制することができる。前記中間直径距離M2を前記オリフィス径Oの0.5倍より小さく形成した場合は、第2ダイヤフラム50の膜部53に対して作用する流体圧力P5が小さくなりすぎて流体圧力P6によって相殺されなくなるため、第2開口22側(二次側)での圧力変動が弁部35の開度に影響を与えて適正な開度制御が困難となる。
Further, as shown in FIG. 6, even when the intermediate diameter distance M2 of the
したがって、前記中間直径距離M2をオリフィス径Oの約0.5〜2倍の範囲内とすることにより、前記流体圧力P5,P6をほぼ相殺することができ、第2ダイヤフラム50に対する第2開口22側流体の圧力変動の影響を抑制することができる。特に、前記中間直径距離M2をオリフィス径Oの約0.7〜1.3倍の範囲内とすれば、第2ダイヤフラム50に対する第2開口22側流体の圧力変動の影響をさらに抑制することができる。
Therefore, by setting the intermediate diameter distance M2 within the range of about 0.5 to 2 times the orifice diameter O, the fluid pressures P5 and P6 can be substantially canceled out, and the
また、第2ダイヤフラム50にあっても、前記第1ダイヤフラム40と同様に、その外周(ダイヤフラム部51の外周側部分及び外周部52)をサポートリング55によって狭持して膜部53が形成されているため、従来に比して可動時における膜部53の応力を小さくすることができ、ヒステリシスエラーを低減することができる。
Also in the
加圧手段60,70は、第1ダイヤフラム40及び第2ダイヤフラム50をそれぞれ弁室20方向に所定圧力で加圧して前記弁室20内を流通する流体の流量を制御するように構成される。実施例において、第1開口21側の加圧手段60は加圧空気、第2開口22側の加圧手段70はスプリングとされる。図中の符号61は第1開口側加圧室、71は第2開口側加圧室である。
The pressurizing means 60 and 70 are configured to pressurize the
加圧空気による加圧手段60は、前記加圧空気を適宜設定することによって弁部35の開度及び液体の流量を所定量に調節する。実施例では、前述のように、各ダイヤフラム40,50の外周がサポートリング45,55に狭持されてヒステリシスエラー生じないため、図9のグラフに示すように、弁部35の開度に応じた加圧手段60の設定圧力F1が一定に維持される。これにより、加圧空気の設定圧力を弁部35の開き出し圧力a値以上とした場合には、弁部35が閉鎖されて流体の流量が0になる。また、設定圧力を開き出し圧力a値以下に調節することによって、弁部35が開放されて所定流量の流体が流通し、該設定圧力をより低く調節することによって弁部35の開度が大きくなって流量も増加する。このように、弁部35の開度及び流量の調節を加圧手段(加圧空気)60によって行えば、その設定圧力の調節が容易であるとともに、大きな設定圧力が要求される場合であっても有効である。
The pressurizing means 60 using pressurized air adjusts the opening degree of the
また、加圧空気による加圧手段60では、図1及び図2に図示しかつ請求項4の発明として規定したように、加圧空気の受圧用ダイヤフラム65を設けることが好ましく勧められる。この受圧用ダイヤフラム65は、第1ダイヤフラム40に対して加圧手段60の加圧空気が作用しないように、第1開口側加圧室61内に配置される。また、前記受圧用ダイヤフラム65は、弁機構体30の連結部31と一体に形成された受圧用ダイヤフラム補助部材62によって弁室20側から常時付勢されていて、前記加圧手段60の加圧空気の調節が行われた際には、前記受圧用ダイヤフラム補助部材62を介して前記弁機構体30を作動させるように構成される。このように、受圧用ダイヤフラム65を有することにより、第1ダイヤフラム40に対する加圧空気の影響を防止することができ、弁機構体30をより確実に作動させることができる。
Further, in the pressurizing means 60 using pressurized air, it is preferable to provide a
スプリングによる加圧手段70は、一定のスプリング荷重によって第2ダイヤフラム50を常時弁室20方向に付勢保持するものであり、前記スプリングの荷重に応じて前記加圧手段(加圧空気)60による弁部35の開き出し圧力aが設定される。なお、図の符号72はスプリングによる加圧手段70のためのスプリングホルダーであり、弁機構体30の連結部31と一体に形成される。
The pressurizing means 70 using a spring constantly biases and holds the
また、この加圧手段70では、請求項5の発明として規定したように、スプリング荷重の調節部73を設けることが好ましい。この調節部73では、図9に示すように、スプリング荷重が大きくなるように調節する(c1)ことによって弁部35の開き出し圧力を小さく設定(a1)することができ、スプリング荷重が小さくなるように調節する(c2)することによって弁部35の開き出し圧力を大きく設定(a2)することができる。このように、スプリングによる加圧手段70に調節部73を設けることによって、前記スプリング荷重の微調整を行うことができ、前記弁部35の開き出し圧力の調節を容易に行うことができる。
In the pressurizing means 70, it is preferable to provide a spring
当該空圧式流量調節弁10では、図1及び図2に図示しかつ請求項2の発明として規定したように、第1及び第2ダイヤフラム40,50の連結部31に補強シャフト32を設けることが好ましく勧められる。前記補強シャフト32としては、金属や、ポリエーテルエーテルケトン等の耐久性に優れた樹脂材料等が使用される。このように補強シャフト32を設けることにより、弁機構体30の連結部31の耐久性が向上するため、例えば、スプリングによる加圧手段70の荷重を大きくした場合に、弁機構体30に対して過度の荷重がかかったとしても、前記弁機構体30が寸法変化を起こしたり座屈する等の不具合を抑制することができる。したがって、弁機構体30の安定性が向上して、より確実に弁部35の作動の再現性を実現することができる。
In the pneumatic
上記の如く構成された空圧式流量調節弁10では、第1及び第2ダイヤフラム40,50におけるそれぞれのダイヤフラム部41,51の膜部43,53最大径L1,L2と膜部43,53最小径S1,S2を2分した位置での中間直径距離M1,M2が、前記弁室20のオリフィス径Oの約0.5〜2倍の範囲内となるように構成されているため、流体の圧力変動による弁部35の開度変化を抑制することができる。特に、前記第1及び第2ダイヤフラム40,50の外周をサポートリング45,55によって狭持して膜部43,53を構成しているため、前記膜部43,53の応力が小さくなって、弁部35が開閉する際のヒステリシスエラーを低減することができ、前記弁部35の開閉時における作動の再現性が実現され、再現性の欠如による悪影響がなくなって制御の応答性や安定性が向上する。したがって、特に半導体製造等の洗浄工程の薬液供給やCMP工程の研磨液(スリラー液)供給等に好適に使用することができ、半導体等の製品の生産性や品質を向上させることができる。
In the pneumatic
次に、図10及び図11を用いて、他の実施例に係る空圧式流量調節弁10Aについて説明する。この流量調節弁10Aは、第1開口21側(一次側)にスプリングによる加圧手段80、第2開口22側(二次側)に加圧空気による加圧手段90をそれぞれ備える。図中の符号81は第1開口側加圧室、91は第2開口側加圧室を表す。なお、以下の説明において、前記流量調節弁10と同一符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。
Next, a pneumatic flow control valve 10A according to another embodiment will be described with reference to FIGS. This flow control valve 10A includes a pressurizing
スプリングによる加圧手段80は、一定のスプリング荷重によって第1ダイヤフラム40を常時弁室20方向に付勢保持するものであり、前記スプリングの荷重に応じて後述の加圧手段(加圧空気)90による弁部35の開き出し圧力bが設定される。なお、図の符号82は弁機構体30の連結部31と一体に形成されたスプリングによる加圧手段80のためのスプリングホルダー、83は加圧手段80の排気ポートである。
The pressurizing means 80 using a spring constantly biases and holds the
加圧空気による加圧手段90は、前記加圧空気を適宜設定することによって弁部35の開度及び液体の流量を所定量に調節する。前記空圧式流量調節弁10と同様に、この実施例においても、各ダイヤフラム40,50の外周がサポートリング45,55に狭持されてヒステリシスエラー生じないため、図12のグラフに示すように、弁部35の開度に応じた加圧手段90の設定圧力F2が一定に維持される。加圧空気の設定圧力を弁部35の開き出し圧力b値以下とした場合には、弁部35が閉鎖されて流体の流量が0になる。また、設定圧力を開き出し圧力b値以上に調節することによって、弁部35が開放されて所定流量の流体が流通し、該設定圧力をより高く調節することによって弁部35の開度が大きくなって流量も増加する。
The pressurizing means 90 using pressurized air adjusts the opening degree of the
前記加圧手段90では、第2ダイヤフラム50に対して加圧手段90の加圧空気が作用しないように、第2開口側加圧室91内に受圧用ダイヤフラム95を配置することが好ましい。この受圧用ダイヤフラム95は、弁機構体30の連結部31と一体に形成された受圧用ダイヤフラム補助部材92によって弁室20側から常時付勢されていて、前記加圧手段90の加圧空気の調節が行われた際には、前記受圧用ダイヤフラム補助部材92を介して前記弁機構体30を作動させるように構成される。また、受圧用ダイヤフラム95は、前述の受圧用ダイヤフラム65と同様に、第2ダイヤフラム50に対する加圧空気の影響を防止する。
In the pressurizing means 90, it is preferable to arrange a pressure receiving diaphragm 95 in the second opening
また、加圧手段90では、図10及び図11に図示しかつ請求項6の発明として規定したように、微調整用のスプリング93を設けてもよい。この微調整用のスプリング93は、前記加圧手段80のスプリング荷重よりバネ定数が低いスプリングが使用され、微調整用ネジ94によって弁室20方向への荷重を適宜調節することによって前記加圧手段80のスプリング荷重をより精度よく微調整することができる。図において、符号96は弁機構体30を弁室20側に付勢する微調整用スプリング93のスプリングホルダー、97は微調整用ネジ94が嵌挿された微調整用スプリング93のスプリングホルダーである。
Further, in the pressurizing means 90, as shown in FIGS. 10 and 11 and defined as the invention of
なお、本発明の空圧式流量調節弁は、上記実施例で述べた構成に限るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。例えば、実施例では、微調整用のスプリング93を加圧空気による加圧手段90に設けたが、スプリングによる加圧手段80に設けることもできる。
The pneumatic flow control valve of the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the invention. For example, in the embodiment, the
また、前記流量調節弁10Aのスプリングによる加圧手段80にスプリング荷重を調節する調節部を設けて、弁部35の開き出し圧力を調節可能に構成してもよい。
Further, an adjustment part for adjusting the spring load may be provided in the pressurizing means 80 by the spring of the flow rate adjusting valve 10A so that the opening pressure of the
10 空圧式流量調節弁
11 ボディ本体
20 弁室
21 第1開口
22 第2開口
23 オリフィス部
25 弁座
26 第1開口側弁室
27 第2開口側弁室
28 接続流路
30 弁機構体
31 連結部
32 補強用シャフト
35 弁部
40 第1ダイヤフラム
41 ダイヤフラム部
42 第1ダイヤフラムの外周部
43 第1ダイヤフラムの膜部
45 第1ダイヤフラムのサポートリング
50 第2ダイヤフラム
51 ダイヤフラム部
52 第2ダイヤフラムの外周部
53 第2ダイヤフラムの膜部
55 第2ダイヤフラムのサポートリング
60 加圧空気による加圧手段
61 第1開口側加圧室
62 受圧用ダイヤフラム補助部材
65 受圧用ダイヤフラム
70 スプリングによる加圧手段
71 第2開口側加圧室
72 スプリングホルダー
73 調節部
L1,L2 膜部最大径
M1,M2 中間直径距離
O オリフィス径
S1,S2 膜部最小径
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1及び第2ダイヤフラムの加圧手段のいずれか一方をスプリングとし、他方を加圧空気とするとともに、
前記第1及び第2ダイヤフラムの外周をサポートリングによって挟持して、前記第1及び第2ダイヤフラムにおけるそれぞれのダイヤフラム部の膜部最大径(L1,L2)と膜部最小径(S1,S2)を2分した位置での中間直径距離(M1,M2)を、前記弁室のオリフィス径(O)の約0.5〜2倍の範囲内とした
ことを特徴とする空圧式流量調節弁。 A valve chamber in which a first opening and a second opening for inflow and outflow of fluid are provided via a valve seat, a valve portion for sealing the valve seat, a first diaphragm disposed on the first opening side, and the A valve mechanism body integrally including a second diaphragm disposed on the second opening side is disposed, and the first diaphragm and the second diaphragm are respectively pressurized with a predetermined pressure in a valve chamber direction by a pressurizing unit, and the valve chamber is In a valve that controls the flow rate of fluid flowing through
While either one of the pressurizing means of the first and second diaphragms is a spring and the other is a pressurized air,
The outer peripheries of the first and second diaphragms are sandwiched by support rings, and the film part maximum diameters (L1, L2) and film part minimum diameters (S1, S2) of the respective diaphragm parts in the first and second diaphragms are set. A pneumatic flow control valve characterized in that an intermediate diameter distance (M1, M2) at a position divided into two is within a range of about 0.5 to 2 times the orifice diameter (O) of the valve chamber.
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