压力式流量计和流体控制装置的制作方法

1.本发明涉及压力式流量计和流体控制装置。


背景技术：

2.如专利文献1所示，在使用以往的压力式流量计的流量控制装置(质量流量控制器)中，使用将多个薄板层叠构成的元件作为设置在流道上的流体阻力元件。该流体阻力元件被一对的夹持部件从其层叠方向夹持并固定。
3.在此，为了防止流体的泄漏，在一对的夹持部件的每一个和流体阻力元件之间设置有片状的密封部件(例如厚度500μm以下)。而且，片状的密封部件通过被夹持部件以及流体阻力元件的平面状的对置面按压而将它们之间密封。
4.但是，由于片状的密封部件的厚度公差或流体阻力元件或块体的公差，存在如下的情况：无法充分按压密封部件，因此不能得到所希望的密封性。另外，为了提高密封性，可以考虑增大按压片状的密封部件的力，但是如果这样做，会导致流体阻力元件变形，从而导致流体阻力元件的流量特性发生变化。
5.现有技术文献
6.专利文献1：日本专利公开公报特开2020-107110号


技术实现要素：

7.本发明是为了解决上述的问题点而做出的，本发明的主要目的在于提高片状的密封部件的密封性而不对流体阻力元件的流量特性带来不好的影响。
8.即，本发明的压力式流量计，其具备：流体阻力元件，设置在流体流动的流道上，形成有与所述流道连通的阻力流道；上游侧压力传感器，检测所述流体阻力元件的上游侧压力；以及下游侧压力传感器，检测所述流体阻力元件的下游侧压力，所述流体阻力元件被一对的夹持部件夹持并固定，在所述流体阻力元件与所述夹持部件之间设置有片状的密封部件，在所述流体阻力元件和所述夹持部件的至少一方形成有局部地按压所述密封部件的突起部。
9.如果是这样的压力式流量计，则由于在流体阻力元件和夹持部件的至少一方形成有局部地按压密封部件的突起部，所以通过该突起部陷入密封部件，能够提高密封性。另外，由于通过突起部局部地按压密封部件，所以能够减小对流体阻力元件施加的负荷，能够抑制由流体阻力元件变形导致的流量特性的变化。
10.具体地说，优选的是，所述流体阻力元件由层叠体构成，所述阻力流道形成在与所述层叠体的层叠方向交叉的方向上，所述一对的夹持部件从所述层叠方向夹持并固定所述流体阻力元件。
11.作为流体阻力元件的具体的实施方式，可以考虑如下的方式：当从所述层叠方向观察所述流体阻力元件时在其中央部形成有流体导入部，所述阻力流道的始端在所述流体导入部开口，所述阻力流道从所述流体导入部朝向外周部延伸。
12.在该构成中，为了提高密封性，优选的是，所述密封部件以包围所述流体导入部的方式设置，所述突起部以包围所述流体导入部的方式形成。
13.为了更进一步提高密封性，优选的是，所述突起部是以包围所述流体导入部的方式形成的呈环状的多个凸条。在该情况下，多个凸条设置成同心状。
14.另一方面，在设置有多个凸条的情况下，在组装压力式流量计时，存在有在彼此相邻的凸条之间封入气体的可能性，从而存在产生污染的可能性。为了解决该问题，优选的是，所述突起部是以包围所述流体导入部的方式形成的呈环状的一个凸条。
15.为了使压力式流量计小型化，可以考虑：所述流体阻力元件的所述流体导入部是沿着所述层叠方向贯通的贯通孔，所述上游侧压力传感器通过所述贯通孔检测所述流体阻力元件的上游侧压力。
16.在该构成中，为了使流体阻力元件的固定结构简单，优选的是，所述一对的夹持部件包括：块体，形成有与所述贯通孔连通的上游侧流道；以及固定凸缘，将所述上游侧压力传感器固定于所述块体，并且形成有与所述贯通孔连通并用于检测压力的检测用连通路。
17.为了更进一步提高密封性，优选的是，所述密封部件设置在所述一对的夹持部件的每一个和所述流体阻力元件之间。在此，在将突起部形成在流体阻力元件上的情况下，会导致花费更多的加工成本。因此优选的是，所述突起部形成在所述一对的夹持部件的每一个上。
18.从流量计的长期稳定性的观点出发，所述密封部件优选的是针对流体耐蚀性优异的材质，例如优选的是氟系树脂制的。
19.另外，本发明的流量控制装置，其具备上述的压力式流量计以及流体控制阀，所述流体控制阀设置在所述压力式流量计的上游侧或下游侧。
20.此外，本发明的流量控制装置，其具备上述的压力式流量计以及流体控制阀，所述流体控制阀设置在所述压力式流量计的上游侧，在所述块体上，所述流体控制阀、所述流体阻力元件以及所述上游侧压力传感器依次沿着所述流体控制阀的阀体的进退方向配置成一列。
21.如果是这样的流量控制装置，则能够减少内部容积，例如能够提高下降响应性能等响应性。
22.按照以上所述的本发明，能够提高片状的密封部件的密封性而不会对由层叠体构成的流体阻力元件的流量特性带来不好的影响。
附图说明
23.图1是本发明的一个实施方式的流体控制装置的整体示意图。
24.图2是表示同实施方式的流体阻力元件的一个例子的分解立体图。
25.图3是表示同实施方式的流体阻力元件的密封结构的详细的局部放大剖视图。
26.图4是表示变形实施方式的流体阻力元件的密封结构的详细的局部放大剖视图。
27.图5是表示变形实施方式的流体阻力元件的密封结构的详细的局部放大剖视图。
28.附图标记说明
29.100
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流体控制装置
30.l
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流道
31.l211上游侧流道部(与贯通孔连通的上游侧流道)
32.rl阻力流道
33.fr流体阻力元件
34.ps1上游侧压力传感器
35.ps2下游侧压力传感器
36.51，52密封部件
37.61，62突起部
38.fr1流体导入部
39.b(41)块体(夹持部件)
40.131检测用连通路
41.13(42)固定凸缘(夹持部件)
42.v1流体控制阀(第一流体控制阀)
43.21阀体
具体实施方式
44.以下，参照附图对本发明的一个实施方式的流体控制装置(质量流量控制器)进行说明。
45.＜1.整体构成＞
46.如图1所示，本实施方式的流体控制装置mfc是压力式的。具体地说，流体控制装置mfc具备：块体b，在内部形成有流体流动的流道l；流体阻力元件fr，设置在该块体b的流道l上；上游侧压力传感器ps1，设置于块体b，检测流体阻力元件fr的上游侧压力；下游侧压力传感器ps2，设置于块体b，检测流体阻力元件fr的下游侧压力；第一流体控制阀v1，在块体b的流道l中设置在流体阻力元件fr的上游侧；以及控制部c，对该第一流体控制阀v1进行反馈控制。在本实施方式中，上游侧压力传感器ps1以及下游侧压力传感器ps2的输出信号向根据上游侧压力以及下游侧压力计算流量值的流量计算部fc输出，由该流量计算部fc计算出的流量值向控制部c输出。另外，本实施方式的流体控制装置mfc还具备第二流体控制阀v2，所述第二流体控制阀v2在块体b的流道l中设置在下游侧压力传感器ps2的下游侧，由控制部c对第二流体控制阀v2进行反馈控制。
47.块体b例如为长方体形状，在长边方向一端侧形成有导入流体的导入口p1，在长边方向的另一端侧形成有导出流体的导出口p2。
48.另外，在块体b上，在其规定面ba(在图1中为上表面)上形成有用于设置第一流体控制阀v1的凹状的第一收容部b1，通过该第一收容部b1将流道l分割成上游侧流道l1与下游侧流道l2。在此，上游侧流道l1的一端在第一收容部b1的侧面开口，下游侧流道l2的一端在第一收容部b1的底面开口。
49.此外，在块体b上，在所述规定面ba形成有用于设置第二流体控制阀v2的凹状的第二收容部b2，通过该第二收容部b2将下游侧流道l2分割成第一下游侧流道l21与第二下游侧流道l22。在此，第一下游侧流道l21的一端在第二收容部b2的底面开口，第二下游侧流道l22的一端在第二收容部b2的侧面开口。
50.如图2以及图3所示，流体阻力元件fr由层叠多个薄板11、12得到的层叠体构成，在
内部在与其层叠方向交叉的方向上形成有阻力流道rl。本实施方式的流体阻力元件fr呈大致旋转体形状，当从层叠方向观察时在其中央部形成有流体导入部fr1，阻力流道rl的始端在所述流体导入部fr1开口，阻力流道rl从流体导入部fr1朝向外周部延伸。
51.更详细地说，流体阻力元件fr是大致圆形形状的狭缝板11以及大致圆形形状的狭缝覆盖板12交替层叠的结构。狭缝板11具有：圆形形状的第一贯通孔11a，在厚度方向上贯通中心部而形成；以及多个狭缝11b，从该中心部放射状地形成。另外，狭缝覆盖板12具有在厚度方向上贯通中心部而形成的圆形形状的第二贯通孔12a，狭缝覆盖板12的外径比狭缝板11的外径小，内径比狭缝板11的内径大。而且，通过层叠狭缝板11以及狭缝覆盖板12，形成阻力流道rl，并且狭缝11b的内侧端部成为阻力流道rl的始端的开口部，狭缝11b的外侧端部成为阻力流道rl的终端的开口部。另外，如果层叠这些狭缝板11以及狭缝覆盖板12，则由这些第一贯通孔11a以及第二贯通孔12a在流体阻力元件fr的中央部形成沿着层叠方向贯通的贯通孔，该贯通孔成为流体导入部fr1。
52.如图1所示，该流体阻力元件fr收容在形成于块体b的与规定面ba相反侧的对置面bb(在图1中为下表面)的凹状的第三收容部b3。第三收容部b3以位于第一收容部b1的下侧的方式形成。通过该第三收容部b3将第一下游侧流道l21分割成上游侧流道部l211与下游侧流道部l212。在此，上游侧流道部l211的一端在第三收容部b3的底面开口，下游侧流道部l212的一端在第三收容部b3的侧面开口。另外，在第三收容部b3的底面开口的上游侧流道部l211与收容于第三收容部b3的流体阻力元件fr的流体导入部fr1连通。另外，通过流体阻力元件fr后的流体流入到在第三收容部b3的侧面开口的下游侧流道部l212。
53.如图1所示，上游侧压力传感器ps1与流道l中的流体阻力元件fr的上游侧连接，向流量计算部fc输出与上游侧压力对应的输出信号。在本实施方式中，构成为通过流体阻力元件fr的流体导入部fr1即贯通孔检测流体阻力元件fr的上游侧压力。
54.具体地说，上游侧压力传感器ps1设置于块体b的与规定面ba相反侧的对置面bb。因此，在块体b的对置面bb形成有用于设置上游侧压力传感器ps1的凹状的第四收容部b4，该第四收容部b4与收容流体阻力元件fr的第三收容部b3连续形成。即，第四收容部b4以位于第一收容部b1的下侧的方式形成，构成为第三收容部b3在第四收容部b4的底面开口。在该第四收容部b4安装有用于将上游侧压力传感器ps1固定于块体b的固定凸缘13。在固定凸缘13形成有检测用连通路131，所述检测用连通路131与作为流体阻力元件fr的流体导入部fr1的贯通孔连通，用于检测上游侧压力。
55.如图1所示，下游侧压力传感器ps2与流道l中的流体阻力元件fr的下游侧连接，向流量计算部fc输出与下游侧压力对应的输出信号。下游侧压力传感器ps2相对于块体b的规定面ba与第一流体控制阀v1以及第二流体控制阀v2一起安装成一列。另外，下游侧压力传感器ps2通过用于固定的固定凸缘14安装于块体b。在固定凸缘14形成有检测用连通路141，所述检测用连通路141与第一下游侧流道l21的下游侧流道部l212连通，用于检测下游侧压力。
56.第一流体控制阀v1例如是所谓的常开型的。具体地说，如图1所示，该第一流体控制阀v1具备：阀座部件21，嵌入于块体b的第一收容部b1；阀体22，设置成能够相对于阀座部件21向接触或分离方向移动；以及阀体驱动部23，具有使阀体22移动的例如压电元件等驱动部件。而且，通过阀体驱动部23使阀体22相对于阀座部件21接触或分离，流体通过形成于
阀座部件21的内部流道21a从上游侧流道l1向下游侧流道l2的第一下游侧流道l21流动。
57.在本实施方式中，第一收容部b1、第三收容部b3以及第四收容部b4沿着一列形成，因此成为第一流体控制阀v1、流体阻力元件fr以及上游侧压力传感器ps1沿着第一流体控制阀v1的阀体22的进退方向依次配置成一列。
58.第二流体控制阀v2是例如所谓的常闭型的。具体地说，如图1所示，该第二流体控制阀v2具备：阀座部件31，嵌入于块体b的第二收容部b2；阀体32，设置成能够相对于阀座部件31向接触或分离方向移动；以及阀体驱动部33，具有使阀体32移动的例如压电元件等驱动部件。而且，通过阀体驱动部33使阀体32相对于阀座部件31接触或分离，流体通过形成于阀座部件31的内部流道31a从下游侧流道l2的第一下游侧流道l21向第二下游侧流道l22流动。
59.控制部c以使由流量计算部fc计算出的流量值接近预先确定的流量目标值的方式对第一流体控制阀v1的阀开度进行反馈控制。另外，控制部c以使由下游侧压力传感器ps2得到的下游侧压力接近预先确定的压力目标值的方式对第二流体控制阀v2的阀开度进行反馈控制。
60.＜2.流体阻力元件fr的密封结构＞
61.接着，对块体b中的流体阻力元件fr的密封结构进行说明。
62.如图3所示，流体阻力元件fr被一对的夹持部件41、42从其层叠方向夹持并固定，在流体阻力元件fr与一对的夹持部件41、42之间分别设置有片状的密封部件51、52。即，在流体阻力元件fr的面板部(上表面fra以及下表面frb)与和该面板部对应的夹持部件41、42的对置面41a、42a之间设置有片状的密封部件51、52。
63.在本实施方式中，流体阻力元件fr收容在形成于块体b的第三收容部b3，固定凸缘13固定在与该第三收容部b3连续形成的第四收容部b4，因此变成流体阻力元件fr被块体b以及固定凸缘13夹持。即，本实施方式的一对的夹持部件41、42是块体b以及固定凸缘13。另外，在块体b与固定凸缘13之间例如由金属制的密封部件10密封。
64.密封部件51、52是氟系树脂制的，以包围流体阻力元件fr的流体导入部fr1的方式设置。具体地说，当俯视观察时密封部件51、52呈圆环状(参照图2)。一方的密封部件51在块体b与流体阻力元件fr之间，将作为流体导入部fr1的贯通孔(阻力流道rl的始端)与流体阻力元件fr的外周部(阻力流道rl的终端)之间密封。另外，另一方的密封部件52在固定凸缘13与流体阻力元件fr之间，将作为流体导入部fr1的贯通孔(阻力流道rl的始端)与流体阻力元件fr的外周部(阻力流道rl的终端)之间密封。
65.而且，在一对的夹持部件41、42各自的对置面41a、42a上形成有局部地按压密封部件51、52的突起部61、62。该突起部61、62以包围流体导入部fr1的方式形成，在本实施方式中，是以包围流体导入部fr1的方式形成的呈环状的一个凸条。该突起部61、62的截面形状例如呈矩形形状。另外，形成于一方的夹持部件41(块体b)的突起部61与形成于另一方的夹持部件42(固定凸缘13)的突起部62形成在彼此相对的位置。由此，难以对被夹持的流体阻力元件fr施加弯曲力矩，流体阻力元件fr变得难以变形。另外，形成于一方的夹持部件41的突起部61与形成于另一方的夹持部件42的突起部62也可以不形成在彼此相对的位置。
66.＜本实施方式的效果＞
67.按照这样构成的本实施方式的流体控制装置100，在一对的夹持部件41、42上分别
形成有局部按压密封部件51、52的突起部61、62，因此通过该突起部61、62陷入密封部件51、52，能够提高一对的夹持部件41、42与流体阻力元件fr的密封性。另外，由于通过突起部61、62局部地按压密封部件51、52，所以能够减小对流体阻力元件fr施加的负荷，能够抑制由流体阻力元件fr变形导致的流量特性的变化。
68.另外，本实施方式的突起部61、62是以包围流体导入部fr1的方式形成的呈环状的一个凸条，因此能够防止在设置多个凸条的情况下由残留于突起部61、62之间的气体产生的污染，并且能够提高密封性。
69.＜另外的实施方式＞
70.例如，在所述实施方式中，在一对的夹持部件41、42分别设置有突起部61、62，但是除了在夹持部件41、42的对置面41a、42a设置突起部61，62的结构以外，也可以如图4所示在流体阻力元件fr的面板部fra、frb设置突起部61、62。另外，也可以在夹持部件41、42的对置面41a、42a以及流体阻力元件fr的面板部fra、frb双方设置突起部61、62。
71.另外，在所述实施方式中，突起部61、62由一个凸条构成，但是如图5所示，也可以是在流体导入部fr1的周围以同心状形成的多个凸条。如果是该构成，则与由一个凸条构成突起部61、62的情况相比能够提高密封性。
72.此外，在所述实施方式中，突起部61、62的截面形状是矩形形状，但是截面形状也可以是呈梯形形状，也可以是顶端呈部分圆形形状。
73.此外，在所述实施方式中，流体阻力元件fr被块体b以及上游侧压力传感器ps1的固定凸缘13夹持，但是也可以使用另外的部件夹持流体阻力元件fr。在该情况下，使用另外的部件夹持流体阻力元件fr的结构配置在流道l上。
74.另外，在所述实施方式中，流体阻力元件fr的流体导入部fr1是贯通孔，但是流体阻力元件fr也可以具备不具有贯通孔的底板，流体导入部fr1可以是具有底的结构。在该情况下，上游侧压力传感器ps1与流道l中的流体阻力元件fr的上游侧连接，检测上游侧压力。
75.另外，在所述实施方式中，是具有第一流体控制阀v1以及第二流体控制阀v2的结构，但是也可以是不具有第二流体控制阀v2，而通过第一流体控制阀v1进行流量控制。
76.另外，在所述实施方式中，在一对的夹持部件41、42分别设置有突起部61、62，但是也可以仅在一对的夹持部件的一方设置突起部。在该情况下，一对的夹持部件的另一方变成由流体阻力元件的面板部与夹持部件的面板部按压密封部件的构成。
77.在所述实施方式中，第一流体控制阀v1是常开型的，但是也可以是常闭型的，第二流体控制阀v2是常闭型的，但是也可以是常开型的。
78.所述实施方式的流体阻力元件呈大致旋转体形状，但是也可以呈大致长方体形状，当从层叠方向观察时，在其长边方向中央部形成有流体导入部fr1，阻力流道rl的始端在所述流体导入部fr1开口，阻力流道rl从流体导入部fr1朝向长边方向两侧延伸。
79.所述实施方式对组装有压力式流量计的流体控制装置进行了说明，但是本发明也可以应用于压力式流量计单体。
80.另外，只要不违反本发明的主旨，也可以进行各种各样的实施方式的变形以及组合。