阅读说明：本技术 控制器 (Controller ) 是由 石桥圭介 山路道雄 药师神忠幸 小原俊治 小林圭吾 于 2018-03-27 设计创作，主要内容包括：提供一种能够高精度控制高压流体流量的小型控制器。在驱动装置(3)的动作轴(43)与阀杆(15)之间,设有将动作轴(43)承受的力放大并向阀杆传递的动力传递装置(4)。作为阀芯的隔膜(14)为金属制,能够变形为流体通路(12b)全闭的状态、流体通路(12b)全开的状态和流体通路(12b)部分打开的状态。驱动装置(3)在流体通路(12b)部分打开的状态下,基于在流体通路(12a、12b)流动的流体的流量,对动作轴(43)的位置进行微调,以使流量恒定。(A small-sized controller capable of controlling a flow rate of a high-pressure fluid with high accuracy is provided. A power transmission device (4) for amplifying the force received by the operating shaft (43) and transmitting the amplified force to the valve stem is provided between the operating shaft (43) of the drive device (3) and the valve stem (15). A diaphragm (14) as a valve body is made of metal and can be deformed into a state in which a fluid passage (12b) is fully closed, a state in which the fluid passage (12b) is fully opened, and a state in which the fluid passage (12b) is partially opened. The drive device (3) finely adjusts the position of the operating shaft (43) so that the flow rate is constant, based on the flow rate of the fluid flowing through the fluid passages (12a, 12b), in a state in which the fluid passage (12b) is partially open.)

控制器

技术领域

本发明涉及能够对流体的流量进行控制的控制器，特别是，涉及适合于使用高压流体时的控制器。

背景技术

在半导体制造领域，为了防止颗粒的产生，优选使用通过金属隔膜的变形进行流路开闭的隔膜阀作为控制器。

作为适合于使用高压流体时的隔膜阀，专利文献1中公开了下述构造，其包括：阀箱，其设有流体通路；隔膜，其通过与在所述阀箱中设置的环状阀座抵接或分离，而使所述流体通路开闭；阀杆，其通过变更位置而使所述隔膜向开方向或闭方向变形；驱动装置，其使所述阀杆的位置移动，以及动力传递装置，其设置在阀杆与驱动装置的动作轴之间，将动作轴承受的力放大并向阀杆传递。

专利文献1的控制器是设为开或闭中的某一状态的开闭阀，无法控制流体的流量。作为对流体的流量进行控制的隔膜阀，专利文献2中公开了一种在致动器中使用压电元件而能够控制流体流量的构造，但在使用压电元件的致动器中，无法获得阀关闭所需的推力，不适合用于高压流体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3338972号公报

专利文献2:日本特开平7-310842号公报

发明内容

专利文献1及2均不适合用于高压流体的流量控制，以往也没有对高压流体的流量进行控制的控制器。另外，以往进行流体流量控制的控制器为大型构造，期望其小型化。

本发明的目的在于提供能够高精度控制高压流体的流量的小型控制器。

本发明的控制器的特征在于，包括：阀箱，其设有流体通路；隔膜，其通过与在所述阀箱中设置的环状的阀座抵接或分离，从而使所述流体通路开闭；阀杆，其通过变更位置而使所述隔膜向开方向或闭方向变形；以及驱动装置，其使所述阀杆的位置移动，在所述驱动装置的动作轴与所述阀杆之间，设有将所述动作轴承受的力放大并向所述阀杆传递的动力传递装置，并且，所述隔膜为金属制，能够变形为所述流体通路全闭的状态、所述流体通路全开的状态和所述流体通路部分打开的状态，所述驱动装置在所述流体通路部分打开的状态下，基于在所述流体通路中流动的流体的流量调整所述动作轴的位置，以使得所述流量恒定。

驱动装置例如优选为气压缸装置，其控制由与电信号成比例地对空气压力进行无级控制的电动气压调节器进行。

动力传递装置例如包括：外壳；圆锥状的第1支承辊部件，其一体设置在动作轴上；第2支承辊部件，其一体设置在阀杆上；一对辊支承体，其设置在两个支承辊部件之间；一对转动辊，其与在第1支承辊部件上设置的锥形面抵接；以及一对按压辊，其与第2支承辊部件的支承辊面抵接，各辊支承体以能够以相对于按压辊的轴线靠近第1支承辊部件的轴线侧的轴为中心摆动的方式支承于外壳(增幅型动力传递装置的一例)。通过采用增幅型，从而能够减小推力，使控制器小型化。

该控制器能够用于多种用途，特别是，适合于作为流体使用高压流体且在需要进行微小行程控制的情况下使用。

使用增幅型动力传递装置的以往的控制器能够进行开闭，但无法基于流体的流量调整隔膜的开度。在控制高压流体流量的情况下需要对阀杆的微小移动量进行控制，而以往的控制器无法做到这一点，通过使用增幅型动力传递装置，不仅能够使阀杆抵抗高压移动，且即使是很小的行程也能够使分辨率很大，因此能够控制阀杆的微小移动量。并且，通过将该动力传递装置和基于在流体通路中流动的流体的流量对动作轴的位置进行调整的驱动装置组合，从而能够实现高压流体的高精度的流量控制。由此能够获得以往无法实现的高精度的控制器(高压流体用流量调整阀)。

所述驱动装置优选为气压缸装置，包括：缸体，其具有在一端侧开口的凹部；缸盖，其使所述缸体的开口封闭；活塞，其配置在所述缸体的所述凹部内；杆，其固定在所述活塞的顶端侧，并按压所述动作轴；以及隔膜，其中央部固定于所述活塞，且周缘部固定在所述缸体与所述缸盖之间，在两个固定部之间具有折返部，向所述缸盖与所述隔膜之间供给的压缩空气隔着所述隔膜按压所述活塞，从而使所述杆移动。

通过将增幅型动力传递装置与使用具有折返部的隔膜的驱动装置组合，能够在0.6mm以下的范围内调节进行流体通路开闭的隔膜的开度。

优选所述流体通路包括：中央通路，其具有由所述阀座包围的开口，并与所述隔膜的中央部相对；以及外侧通路，其在所述阀座的径向外侧具有开口，并与所述隔膜的外周缘部附近相对，所述外侧通路成为所述流体的入口通路，所述中央通路成为所述流体的出口通路。

即，以往的中央通路用作入口通路而外侧通路用作出口通路，与此相对，通过将外侧通路用作入口通路而将中央通路用作出口通路，从而即使是高压流体，也能够防止流体通路急速打开。

优选所述中央通路的直径为所述外侧通路的直径以下。

以往的中央通路及外侧通路为了增加流量而使用大直径，中央通路的直径与外侧通路的直径为大致相同的大小。与此相对，通过减小出口通路即中央通路的直径，从而能够使Cv值为例如0.035，按照这种方式，能够获得以往无法实现的Cv值为0.0005～0.035且隔膜行程为0.002～0.2mm的控制器。

发明的效果

根据本发明的控制器，通过使用增幅型动力传递装置，不仅能够使阀杆抵抗高压移动，且能够实现阀杆的微小移动量的控制，通过将该控制器与基于在流体通路中流动的流体的流量进行动作轴的位置调整的驱动装置组合，从而能够进行高压流体的高精度流量控制。另外还能够实现小型化。

附图说明

图1是示出本发明的控制器的一实施方式的纵剖视图，是示出流体通路为开状态的图。

图2是示出从图1使阀杆移动而使流体通路关闭的状态的图。

图3是将图1的要部放大的图。

图4是将图2的要部放大的图。

图5是示出驱动装置的详细构造的纵剖视图。

附图标记说明

1：控制器

2：阀主体

3：驱动装置

4：动力传递装置

11：阀箱

12：第1流体通路

12b：中央通路

13：第2流体通路

13b：外侧通路

14：隔膜

15：阀杆

21：缸体

21a：凹部

22：缸盖

23：活塞

25：隔膜

25a：折返部

26：杆

具体实施方式

在以下的说明中，上下及左右是指附图的上下及左右。该上下、左右是为了便于说明而使用的表现，在控制器设置时，存在上下相反或上下水平的情况。

图1及图2示出本发明的控制器，控制器1包括阀主体2、驱动装置3、和在阀主体2与驱动装置3之间设置的动力传递装置4。

阀主体2包括：阀箱11，其形成有第1及第2流体通路12、13；隔膜14，其使流体通路12、13间的连通开闭；阀杆15，其使隔膜14向开方向或闭方向变形；以及缸盖16，其通过螺母17安装在阀箱11上。

阀箱11为SUS316L制，具有朝向上方开口的凹部11a。第1流体通路12由在左方开口的大径通路12a，和与大径通路12a的右端部相连且在凹部11a的底面中央部开口的中央通路12b构成，其中，该中央通路12b的直径比大径通路12a小。第2流体通路13由在右方开口的大径通路13a和与大径通路13a的左端部相连且在凹部11a的底面右部开口的外侧通路13b构成，其中，且该外侧通路13b的直径比大径通路13a小。

流体从第2流体通路13的大径通路13a流入，从第1流体通路12的大径通路12a流出。

阀箱11以包围第1流体通路12的中央通路12b的开口的方式设有环状的阀座18。通过使阀座18向上方突出，从而在阀箱11中的阀座18的外周，形成有与第2流体通路13的外侧通路13b连通的环状通路11b。

隔膜14为金属制且为球壳状，上凸的圆弧状为自然状态。隔膜14的周缘部支承在阀箱11的凹部11a底面的突出状的外周缘部，由按压件适配器19从上方按压而固定在阀箱11上。隔膜14的中央部由在阀杆15的下端部固定的盘部20向下方按压，通过对盘部20的上下位置进行调整，从而保持在成为规定开度的开位置。在该实施方式中，控制器1为常开型，在使驱动装置3动作时，能够获得隔膜14的中央部被阀座18强力按压的闭状态。

隔膜14由例如镍合金薄板构成，被裁切为圆形，并形成为使中央部向上方鼓出的球壳状。隔膜14由不锈钢薄板或由不锈钢薄板和镍/钴合金薄板的层合体构成。

阀箱11为了防止冻结等而能够通过加热器加热，阀杆15的长度设定为不会对驱动装置3产生加热影响。

驱动装置3为气压缸装置，如图5所示，包括：缸体21，其具有在上方开口的凹部21a；缸盖22，其具有与缸体21的凹部21a相对且在下方开口的凹部22a，与缸体21对接并通过螺栓(图示省略)固定；活塞23，其以能够上下移动的方式配置在缸体21及缸盖22的两个凹部21a、22a内；以及隔膜25，其中央贯通孔的缘部(内周缘部)借助保持体24固定在活塞23的上表面，且外周缘部固定在缸盖22与活塞23之间。

活塞23由钢带形成，由在中央部具有贯通孔的顶壁23a和圆筒状的周壁23b构成。在活塞23的顶壁23a的下表面(顶端侧)固定有与活塞23一体移动的杆26。杆26为由底壁26a及周壁26b构成的圆筒状，穿插于在缸体21的底壁21b上设置的贯通孔21c中，其底壁26a的下部与缸体21的下表面相比向下方突出。

在缸体21的底壁21b与活塞23之间，配置有将活塞23向上施力的压缩螺旋弹簧27。

用于引导杆26的圆柱状的引导部28穿插在活塞23的顶壁23a中央的贯通孔及隔膜25中央的贯通孔中，以位于杆26的周壁26b内的方式配置，并通过螺钉29固定在缸盖22上。在引导部28的外周面与杆26的周壁26b的内周面之间形成有间隙，在该间隙中配置有滑动轴承30。

在隔膜25的两个固定部之间(内周缘部与外周缘部之间)设有折返部25a。折返部25a伴随活塞23的移动而在缸体21的内周与活塞23的外周之间移动，由此，能够确保密封性，并实现活塞23的顺畅移动。

在缸盖22上设有压缩空气导入通路31，作为驱动源的压缩空气经由压缩空气导入通路31向缸盖22与隔膜25之间供给，压缩空气隔着隔膜25按压活塞23，从而使固定在活塞23顶端侧的杆26一体移动。

动力传递装置4具有收纳在外壳41内的增幅机构42，增幅机构42包括：动作轴43，其在驱动装置3的作用下上下移动；圆锥状的第1支承辊部件44，其一体设置在动作轴43的下端部；第2支承辊部件45，其支承在阀杆15的上表面，与阀杆15一体地上下移动；一对辊支承体46，其配置在两个支承辊部件44、45之间；一对转动辊47，其以能够转动的方式支承在各辊支承体46上，与在第1支承辊部件44上设置的锥形面44a抵接；以及一对按压辊48，其以能够转动的方式支承在各辊支承体46上，与第2支承辊部件45的水平状的支承辊面45a抵接。

各辊支承体46能够以支承在外壳41上的偏心轴49为中心摆动，其中，该偏心轴49具有相对于按压辊48的轴线靠近第1支承辊部件44的轴线侧的轴线。

在该动力传递装置4中，若将动作轴43承受的力设为F，将第1支承辊部件44的锥形面44a的半角设为α，则在转动辊47上沿与锥形面44a正交的方向作用有力，作用于前后某一方的转动辊47的该力G为G＝F÷2Sinα。

作用于转动辊47的力G经由辊支承体46及按压辊48向第2支承辊部件45传递。

若将偏心轴49的轴线与转动辊47的轴线的距离设为C，将连结转动辊轴47的轴线和偏心轴49的轴线的线与第1支承辊部件44的锥形面44a所成的角设为γ，将按压辊48的轴线与偏心轴49的轴线间的水平距离设为δ，将由左右某一方的按压辊48按压第2支承辊部件45的向下的力设为N，则N×δ＝G×Cosγ×C成立。因此，左右两方的按压辊48按压第2支承辊部件45的向下的力，即按压阀杆15的向下的力为2N＝F×Cosγ×C÷Sinα÷δ，通过将α、γ、δ及C设为适当的值，从而能够以任意的增幅率(Cosγ×C÷Sinα÷δ)将动作轴43承受的力放大并向阀杆2传递。

例如，若α＝40°、γ＝25°、C＝12.5、δ＝1.5，则增幅率约为12倍，能够以12倍左右的很大的力按压隔膜14，在例如压力为20MPa左右的情况下需要300kgf的力，而能够以压力的1/12的力来控制流量。因此，即使是高压流体，也能够防止隔膜14被流体顶起并超过设定值而使流体流入流出。

在上述说明中，图1及图2中的图1示出开状态，杆26从缸体21的下表面突出的下方突出量相对较小，与此相伴，动作轴43位于上方位置，从而辊支承体46的上端部彼此接近，第2支承辊部件45位于上方。图2示出闭状态，杆26从缸体21的下表面突出的下方突出量相对较大，与此相伴，动作轴43位于下方位置，从而辊支承体46的上端部彼此分离，第2支承辊部件45位于下方。根据图1及图2的对比可知，相对于动作轴43的较大行程，能够使阀杆15及盘部20的行程移动微小。

图3及图4是将图1及图2的要部放大的图，图3示出与图1对应的开状态，图4示出与图2对应的闭状态。在图1及图2中，驱动装置3的杆26的上下移动及动力传递装置4的变化明显，但难以看出开闭状态，而通过像图3及图4这样放大示出，可见变化为图3的状态和图4的状态，其中，图3的状态为，阀杆15及盘部20相对地位于上方位置，且隔膜14以使第1流体通路12的中央通路12b的开口打开的方式变形，图4的状态为，阀杆15及盘部20相对地位于下方位置，且隔膜14以使第1流体通路12的中央通路12b的开口闭合的方式变形。

在开状态下，流体经由第2流体通路13的大径通路13a、第2流体通路13的外侧通路13b及阀座18外周的环状通路11b，流入隔膜14与阀箱11的凹部11a底面之间，经由第1流体通路12的中央通路12b及第1流体通路12的大径通路12a向外部流出。流体的流量经由省略图示的电动气压调节器反馈，按照在流量增加了的情况下阀杆15及盘部20向使流量减少的下方移动、在流量减少了的情况下阀杆15及盘部20向使流量增加的上方移动的方式进行控制，从而维持适当的流量。

在此，在以往的控制器中，第1流体通路12为入口通路、第2流体通路13为出口通路，与此相对，在上述控制器1中，第2流体通路13作为入口通路使用，第1流体通路12作为出口通路使用。由此，在以往的控制器中，在第1流体通路12的中央通路12b的开口所面对的隔膜14的中央部(小面积的部分)作用高压，在变为开状态的情况下，高压流体瞬间流入第2流体通路13的外侧通路13b的开口隔着环状通路11b所面对的隔膜14的外周部(大面积的部分)，流体通路急速打开，无法调整为规定的流量，与此相对，在上述控制器1中，由于在隔膜14的外周部(大面积的部分)始终承受压力而进行流量调整，因此即使是高压流体，也能够防止流体通路急速打开并使得流体瞬间流入而无法调整为规定的流量。

在流体为高压的情况下，流量会因阀杆15及盘部20微小的上下移动量而变化很大，但在上述控制器1中，通过设置于动力传递装置4的增幅机构42，以基于增幅率设定的很大的力抵抗高压而使阀杆15移动以将隔膜14向下方按压，而且，阀杆15及盘部20的上下移动量减小为驱动装置的杆26的上下移动量的1/增幅率，因此能够实现高精度的控制。

通过按照上述方式使用增幅型动力传递装置4和作为空气缸体装置的驱动装置3，从而能够实现高压流体的高精度的流量控制，另外还能够实现小型化。

工业实用性

根据本发明，能够获得适合于使用高压流体时的进行流体流量控制的控制器，因此有助于使用高压流体的制造领域中的精度提高。