流体控制阀和流体控制装置的制作方法

1.本发明涉及流体控制阀和流体控制装置。


背景技术：

2.如专利文献1所示，作为以往的流体控制阀，存在有如下的流体控制阀，其构成为：来自致动器的动力传递到阀体，通过阀体的接触面相对于阀座的阀座面接触分离来控制流体的流动。
3.在所述的构成中，为了提高阀座与阀体之间的密封性，存在由氟系树脂等的树脂层形成阀体的接触面的情况。
4.这样，在由树脂层形成接触面的情况下，如果要关闭阀座与阀体之间，则如图7所示，变成树脂层陷入阀座面的状态。由于该陷入的部分，为了关闭阀座与阀体之间，与由金属形成接触面的构成相比，致动器产生的阀体的行程量被额外地夺取。
5.但是，上述的专利文献1的阀体在接触面的周围一体地设置有隔板。由此，如果为了提高密封性而扩大接触面，则隔板的面积对应地变窄。如果这样做，则根据隔板的面积，阀体的驱动区域变窄，因此在由树脂层形成接触面的构成中，有可能无法得到上述的陷入部分的行程量，接触面的扩大存在限度。
6.另外，对于在接触面的周围一体地设置有隔板的阀体，如果要由树脂层形成该接触面，则需要有针对一个一个的阀体粘贴切取的片状的氟系树脂等的工序，也存在量产性变差的问题。
7.现有技术文献
8.专利文献1：日本专利公开公报特开2016-192243号


技术实现要素：

9.于是，本发明是为了一举解决上述的问题而做出的，本发明的主要目的在于不牺牲阀体的驱动区域就能够实现扩大接触面，而且在由树脂层形成所述接触面的基础上也能够提高量产性。
10.即，本发明的流体控制阀，将来自致动器的动力通过柱塞传递到阀体，通过所述阀体的接触面相对于阀座的阀座面接触分离来控制流体的流动，所述阀体与所述柱塞分开，所述接触面由树脂层形成。
11.如果是这样的流体控制装置，则由于使阀体与柱塞分开，所以如果将隔板设置在柱塞上，则不使隔板的面积变小亦即不牺牲隔板对阀体的驱动区域就能够实现扩大接触面。
12.此外，由于使阀体与柱塞分开，所以例如能够将一个片状的氟系树脂贴附到多个阀体上等，能够针对多个阀体一举形成由树脂层构成的接触面，也能够实现提高量产性。
13.作为更显著地发挥上述作用效果的方式，可以举出如下的方式：流体控制阀是所谓的常开型的，即，在未对所述致动器施加电压的状态下，在所述接触面与所述阀座面之间
形成有间隙，若对所述致动器施加电压，则所述阀体利用所述致动器的动力靠近所述阀座，使流量减少。
14.这样的常开型的流体控制阀与所谓的常闭型的流体控制阀相比，关闭状态的阀座泄漏的问题更显著，因此本方式能够更显著地发挥由上述的树脂层形成的接触面提高密封性的效果。
15.作为常开型的更具体的实施方式，所述接触面是所述阀体的下表面。
16.另外，作为另外的实施方式，可以举出如下的方式：流体控制阀是所谓的常闭型的，即，在未对所述致动器施加电压的状态下，所述阀体与所述阀座接触，若对所述致动器施加电压，则所述阀体利用所述致动器的动力从所述阀座离开，使流量增大。
17.作为所述树脂层优选的是交联改性氟系树脂。
18.交联改性氟系树脂通过在特定的条件下对氟系树脂照射电离放射线等而使其交联来得到，交联时本身与金属化学结合，能够与金属基体直接粘接，因此，不需要成为污染的主要原因的底胶等粘接层。另外，在此的交联的意思是指树脂彼此的交联，不是指金属与树脂的交联。
19.为了实现提高树脂层的加工性，优选的是，在所述阀体的朝向所述阀座的面上形成有凹陷部，所述树脂层设置在所述凹陷部。
20.但是，在以往的流体控制阀中，采用使阀体以及柱塞面接触的结构。在这样的构成中，容易受到阀体以及阀座的机械加工产生的公差的影响，伴随阀体以及阀座的接触而产生的该阀体的倾斜会导致柱塞倾斜，因此在各部件的制作工序、各部件的安装工序中要求高精度。另外，如果维持阀体以及柱塞面接触的状态，则流体滞留在它们的间隙，由于该滞留的流体有时导致阀体以及柱塞劣化。
21.因此优选的是，所述阀体以及所述柱塞通过倾斜抑制突起接触，所述倾斜抑制突起抑制伴随所述阀座以及所述阀体的接触而产生的所述柱塞的倾斜。
22.如果是这样的流体控制装置，由于阀体以及柱塞通过倾斜抑制突起接触，所以伴随阀体以及阀座的接触而产生的该阀体的倾斜的影响变得难以传递给柱塞。由此，变得容易将柱塞相对于阀座的倾斜保持为恒定。此外，流体变得难以滞留在阀体以及柱塞之间的间隙，即使维持阀体以及柱塞接触的状态，阀体以及柱塞也变得难以劣化。
23.另外，本发明的流体控制装置具备上述的流体控制阀，如果是这样的流体控制装置，也能够实现与上述的流体控制阀相同的作用效果。
24.按照这样构成的本发明，不牺牲阀体的驱动区域就能够实现扩大接触面，而且在由树脂层形成所述接触面的基础上能够实现提高量产性。
附图说明
25.图1是表示一个实施方式的流体控制装置的整体构成的示意图。
26.图2是表示同实施方式的流体控制阀的局部构成的示意图。
27.图3是表示同实施方式的柱塞以及阀体的示意图。
28.图4是表示另外的实施方式的流体控制阀的局部构成的示意图。
29.图5是表示另外的实施方式的流体控制装置的整体构成的示意图。
30.图6是表示另外的实施方式的流体控制装置的整体构成的示意图。
31.图7是表示形成接触面的树脂层陷入阀座面的状态的示意图。
32.附图标记说明
33.mfc流体控制装置
34.v流体控制阀
35.10阀座
36.11阀座面
37.20阀体
38.21接触面
39.22倾斜抑制突起
40.20b树脂层
41.30致动器
42.40柱塞
43.50隔板
具体实施方式
44.以下，参照附图对本发明的流体控制阀以及使用该流体控制阀的流体控制装置的一个实施方式进行说明。
45.本实施方式的流体控制装置是在半导体制造过程中使用的所谓的质量流量控制器。另外，本发明的流体控制装置不仅可以在半导体控制过程中使用，也可以在其它过程中使用。
46.如图1所示，这里的流体控制装置mfc为压力式的。具体地说，流体控制装置mfc具备：块体b，在其内部设置有流道l；流体控制阀v，设置于块体b；一对的压力传感器ps1、ps2，设置在块体b的比流体控制阀v靠下游侧；以及控制部c，以使根据由一对的压力传感器ps1、ps2测量的压力值计算出的流道l的流量值接近预先确定的目标值的方式对流体控制阀v进行反馈控制。
47.另外，本实施方式的流体控制装置mfc的特征在于流体控制阀v，所以首先对流体控制阀v的周围结构进行说明。
48.块体b例如为长方体形状，在其规定面上设置有流体控制阀v以及一对的压力传感器ps1、ps2。另外，在块体b上设置有用于在其规定面上设置流体控制阀v的凹状的收容部b1，由该收容部b1将流道l分割成上游侧流道l1与下游侧流道l2。而且，上游侧流道l1的一端在收容部b1的底面开口，并且下游侧流道l2的一端在收容部b1的侧面开口。
49.一对的压力传感器ps1、ps2分别与流道l中的层流元件s1的上游侧以及下游侧连接，都与根据一对的压力传感器ps1、ps2的输出计算流量的流量计算部s2连接。一对的压力传感器ps1、ps2与流体控制阀v一起相对于块体b的规定面排成一列地安装。
50.控制部c具有具备cpu、存储器、a/d、d/a转换器等的所谓的计算机，执行存储在所述存储器中的程序，通过各种设备协作实现所述各功能。具体地说，以使由流量计算部s2计算出的流量值接近预先存储在存储器中的目标值的方式对流体控制阀v的阀开度进行反馈控制。
51.接着对本实施方式的流体控制阀v进行说明。
52.本实施方式的流体控制阀v是所谓的常开型的。具体地说，如图1以及图2所示，该流体控制阀v具备：阀座10，嵌入于块体b的收容部b1；阀体20，设置成能够相对于阀座10向接触分离的方向移动；致动器30，使阀体20移动；柱塞40，介于阀体20与致动器30之间，将致动器30的动力向阀体20传递；以及薄膜状的隔板50，与柱塞40一体地设置，构成阀室vr。而且，流体控制阀v利用该隔板50的弯曲，边保持阀室vr的气密性边将致动器30的动力通过柱塞40向阀体20传递。
53.阀座10为嵌入于块体b的收容部b1的例如金属制的块状部件。而且，阀座10在嵌入于块体b的收容部b1的状态下，与该块体b的规定面朝向相同方向的面成为阀座面11，该阀座面11构成阀室vr的内表面的一部分。另外，在阀座10的内部设置有：第一流道l3，与上游侧流道l1连通；以及多个第二流道l4，与下游侧流道l2连通。
54.第一流道l3的一端在阀座面11的中央开口，并且另一端在与收容部b1的底面相对的面上开口。另外，第二流道l4的一端在以阀座面11的中央为中心的同心圆上开口，并且另一端在与收容部b1的内侧面相对的外侧面开口。而且，阀座10的外侧面为台阶状，阀座面11侧与收容部b1的内侧面贴紧，并且与阀座面11相反的面侧与收容部b1的内侧面隔开间隙12相对。由此，在阀座10嵌入于块体b的收容部b1的状态下，第一流道l3与上游侧流道l1连通，并且第二流道l4通过间隙12与下游侧流道l2连通。
55.在阀座面11上形成有以其中央为中心的同心圆状的多个流通槽13。而且，在各流通槽13上等间隔地配置有与第二流道l4连通的多个导通孔14。由此，滞留在阀室vr内的流体均匀地向第二流道l4导出。
56.阀体20是具有与阀座面11相对的平坦的接触面21的例如呈旋转体形状的薄板状的部件。而且，在阀体20上，在与接触面21相反侧的面即与隔板50相对的面上设置有曲面状(具体地说球面状)的倾斜抑制突起22。另外，倾斜抑制突起22设置成与连接于隔板50的柱塞40相对。另外，倾斜抑制突起22设置成其顶点位于阀体20的中心轴(图2中用双点划线表示)上，另外，配置成其顶点位于柱塞40的轴(图2中用双点划线表示)上。另外，阀体20通过环状的板弹簧24(弹性体)支承在阀座面11上，所述板弹簧24放置在设置于该阀座面11的支承环23上。由此，阀体20相对于针对阀座10侧的按压力，利用板弹簧24进行反抗。
57.致动器30具备通过层叠多个压电元件而构成的压电堆31、以及用于对压电堆31施加电压的端子，利用通过端子施加的电压，压电堆31伸长。
58.柱塞40是一端侧与隔板50一体形成且另一端侧向致动器30侧延伸的棒状的部件，在该实施方式中，另一端侧形成为向致动器30侧鼓出的鼓出部41，该鼓出部41与致动器30直接接触。
59.隔板50发挥边保持阀室vr的气密性边将柱塞40的动作向阀体20传递的作用。
60.而且，如图3所示，本实施方式的流体控制阀v的特征在于，上述的阀体20与柱塞40分开，阀体20的接触面21由树脂层20b形成。
61.如果更详细地进行说明，则如图3所示，在本实施方式中，在柱塞40的朝向阀体20的面上设置有凹部42，该凹部42形成为上述的阀室vr。
62.本实施方式的阀体20收容在上述的凹部42内，其下表面作为接触面21起作用。
63.具体地说，该阀体20具备金属制的基体20a以及覆盖该基体20a的一部分的树脂层20b。
64.基体20a与柱塞40直接接触，致动器30的动力通过该柱塞40传递至基体20a。在此的基体20a在朝向柱塞40的面上设置有上述的倾斜抑制突起22。另一方面，在基体20a的朝向阀座10的面上形成有凹陷部20c。换句话说，在基体20a的朝向阀座10的面的外周上设置有环状的条形突起部20d，该条形突起部20d的内侧形成为凹陷部20c。
65.树脂层20b例如是交联改性氟系树脂，具体地说是改性pfa。该树脂层20b设置在上述的凹陷部20c，作为其形成方法的一个例子，可以举出如下的方法：将片状的氟系树脂贴附到上述的基体20a上，在特定的条件下照射电子线等，使氟系树脂交联。另外，在此的交联的意思是指树脂彼此的交联，不是金属与树脂的交联。另外，在此，如图4所示，针对多个阀体20一举形成由树脂层20b构成的接触面21，将其中的一个阀体20用于本实施方式的流体控制阀v。
66.接着对本实施方式的流体控制阀v的动作进行说明。
67.所述流体控制阀v被设定为在未对致动器30施加电压的状态下阀开度(阀座10的阀座面11与阀体20的接触面21之间的距离)成为规定值。另外，该阀开度成为规定值的状态成为流体控制阀v的全开状态。
68.接着，如果变成对致动器30施加电压的状态，则致动器30伸长。而且，伴随该致动器30的伸长的动力通过柱塞40向阀体20传递，阀体20以对抗板弹簧24的按压的方式朝向与阀座10接触的方向(接近的方向)移动。由此，阀开度变成比规定值小的值。另外，施加的电压值变得越大，致动器30的伸长变得越大，因此通过调节电压值的大小，能够控制阀开度。
69.如果对致动器30施加的电压变成规定值以上，则阀座10的阀座面11与阀体20的接触面21接触。此时，由于阀座10以及阀体20的公差，阀体20有时倾斜，但是阀体20以及柱塞40通过倾斜抑制突起22接触，因此该倾斜导致的柱塞40的倾斜受到抑制。
70.接着，如果对致动器30施加的电压变小，则致动器30收缩。而且，伴随该致动器30的收缩，阀体20通过板弹簧24的按压，朝向与阀座10离开的方向(远离的方向)移动。由此，阀开度变成更大的值。
71.按照这样构成的流体控制阀v，使阀体20与设置有隔板50的柱塞40分开，因此不使隔板50的面积变窄亦即不牺牲隔板50对阀体20的驱动区域，就能够扩大接触面21。由此，能够由树脂层20b形成接触面21，并且能够确保密封性。
72.此外，由于使阀体20与柱塞40分开，所以例如将一个片状的氟系树脂贴附到多个阀体20上等，能够针对多个阀体20一举形成利用树脂层20b的接触面21，也能够实现提高量产性。
73.另外，本实施方式的流体控制阀v为常开型的，与常闭型的相比，关闭状态的阀座泄漏的问题更显著，因此本实施方式的流体控制阀v更显著地发挥由上述的树脂层20b形成的接触面21带来的密封性的提高效果。
74.此外，树脂层20b为交联改性氟系树脂，该交联改性氟系树脂由于在交联时与金属制的基体20a共价结合，所以能够与基体20a直接粘接，因此能够不需要也成为污染的主要原因的底胶等粘接层。
75.而且，共价结合与配位结合、离子结合、分子间力等相比是更强的结合，因此利用强结合力能够稳定地粘接交联改性氟系树脂与金属制的基体20a。
76.而且，交联改性氟系树脂与改性前相比，提高了弹性，因此接触面21能够与阀座面
11无粘连地接触分离，也能够期待提高流体控制阀v的响应性这样的效果。
77.另外，在基体20a的朝向阀座10的面上形成有凹陷部20c，树脂层20b设置在该凹陷部20c，因此能够实现提高切削、研磨树脂层20b的工序中的加工性。
78.此外，阀体20以及柱塞40通过倾斜抑制突起22接触，因此伴随阀体20以及阀座10的接触而产生的该阀体20的倾斜的影响变得难以传递给柱塞40。由此，变得容易将柱塞40相对于阀座10的倾斜保持为恒定。此外，流体变得难以滞留在阀体20以及柱塞40之间的间隙，即使维持阀体20以及柱塞40接触的状态，阀体20以及柱塞40也变得难以劣化。
79.＜其它实施方式＞
80.另外，本发明不限于所述实施方式。
81.例如，在所述实施方式中，在柱塞40的朝向阀体20的面上设置有凹部42，阀体20收容在该凹部42中，但是如图4所示，也可以通过比所述实施方式更深地形成块体b的收容部b1，将阀体20收容在该收容部b1中。按照该方式，由于无需在柱塞40形成凹部42，所以可以使用例如以往的构成的柱塞40。
82.另外，在所述实施方式中，以流体控制装置mfc为压差式的进行了说明，但是如图5所示，流体控制装置mfc也可以是热式的。具体地说，该流体控制装置mfc具备：细管t，与流道l并联连接，在流道l内流动的流体中的规定比例的流体被导入所述细管t；以及设置在该细管t上的加热器h及在其前后设置的一对的温度传感器ts1、ts2。而且，如果流体流过所述细管t，则在两个温度传感器ts1、ts2之间产生与其质量流量对应的温度差，因此基于该温度差测量流量。
83.此外，如图6所示，作为流体控制装置mfc也可以具备多个流体控制阀v1、v2。具体地说，该流体控制装置mfc具备：阻力体r，流体通过该阻力体r；设置在块体b的外表面的一次侧压力传感器p0、第一压力传感器p1、第二压力传感器p2、上游侧流体控制阀v1及下游侧流体控制阀v2；以及控制部c，控制上游侧流体控制阀v1以及下游侧流体控制阀v2。另外，在该图6中，上游侧流体控制阀v1为本发明的构成，但是也可以使下游侧流体控制阀v2为本发明的构成，还可以使上游侧流体控制阀v1以及下游侧流体控制阀v2双方都为本发明的构成。
84.另外，树脂层20b不限于交联改性氟系树脂，也可以是各种各样的树脂，例如可以是聚酰胺、聚碳酸酯、pbt等聚酯树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。在这些的情况下，由于不需要粘接剂，所以例如预先使用特定的试剂等在金属制的基体20a的表面形成反应性官能团，通过对该反应性官能团与树脂进行加热等而使它们化学结合。
85.作为氟系树脂，可以使用从四氟乙烯系共聚物、四氟乙烯-全氟(烷基乙烯基醚)系共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯系共聚物、四氟乙烯-乙烯系共聚物、聚三氟氯乙烯系共聚物中选择的1种或将2种以上混合而得到的。
86.此外，作为树脂层20b的形成方法，也可以在基体20a上形成树脂层20b之前，对基体20a的表面进行喷射加工而实施粗糙面化来增加表面积，更容易形成树脂层20b与基体20a之间的化学结合。另外，在此的化学结合不限于上述的共价结合，也包括配位结合、离子结合、或以分子间力形成的结合等。
87.在所述实施方式中，例示常开型的流体控制阀v对本发明进行了说明，但是本发明也可以应用于常闭型的流体控制阀。
88.在所述实施方式中，使用压电元件(压电堆)作为流体控制阀v的致动器30，但是也可以使用螺线管等。
89.此外，本发明不限于所述各实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种各样的变形。