流體控制閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種流體控制閥，流體控制閥具備的隔膜結(jié)構(gòu)具有弱反彈性且即使不從致動器施加大的力也能夠大幅變形從而增大行程，并且即使隔膜結(jié)構(gòu)較薄形成也很難發(fā)生缺陷和不良，從而能夠?qū)崿F(xiàn)流體控制閥的大口徑和大輸出化。流體控制閥(V)具有隔膜結(jié)構(gòu)(4)和按壓所述隔膜結(jié)構(gòu)(4)的致動器(3)，所述隔膜結(jié)構(gòu)(4)包括：形成為筒狀且被所述致動器(3)按壓的突出部(42)、從所述突出部(42)的基端相對于該突出部(42)向外側(cè)擴(kuò)展的凸緣部(41)、以及形成于所述凸緣部(41)的外周并被安裝于其他構(gòu)件的支承部(FI)，所述凸緣部(41)形成為膜狀。
【專利說明】流體控制閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種例如控制氣體的流量等的質(zhì)量流量控制器等所使用的流體控制閥。

【背景技術(shù)】
[0002]流體控制閥介于上游側(cè)流道與下游側(cè)流道之間，用于控制在其中流動的流體的流量和壓力，或者以流體不在各流道間流動的方式關(guān)閉。例如常閉型的流體控制閥以如下的方式構(gòu)成:具有在該流體控制閥內(nèi)分隔流道與外部的隔膜結(jié)構(gòu)，配置于外部側(cè)的致動器借助所述隔膜結(jié)構(gòu)使配置于流道側(cè)的閥座構(gòu)件和閥體構(gòu)件中的閥體構(gòu)件的位置變化，來控制流體的流量和壓力。
[0003]更具體地說，所述隔膜結(jié)構(gòu)由薄膜部和銷構(gòu)成，所述銷被焊接成沿與該薄膜部垂直的方向從所述薄膜部向流道側(cè)突出，并與所述閥體構(gòu)件抵接。并且，所述致動器通過從外部側(cè)按壓所述銷而使所述薄膜部彈性地彎曲，從而使該銷向閥體構(gòu)件側(cè)移動來改變閥體構(gòu)件的位置(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]并且，在上述的流體控制閥中，近年來需求一種使單位時間內(nèi)可通過的流量大，且可控制的流量范圍大的大口徑的流體控制閥。因此，需要使所述銷被所述致動器驅(qū)動的可動行程比以往大，以能夠在更大的范圍內(nèi)控制所述閥座構(gòu)件與所述閥體構(gòu)件之間的開度。
[0005]例如在相對于以往的規(guī)格不改變致動器的輸出而增大閥體構(gòu)件的可動行程時，可以考慮降低所述薄膜部的剛性從而實現(xiàn)弱反彈化。
[0006]但是，以往利用切削等機(jī)械加工制作所述隔膜結(jié)構(gòu)，例如想要比以往更薄地形成所述薄膜部從而實現(xiàn)弱反彈化，則因為需要高精度的切削加工而導(dǎo)致制造成本上升。
[0007]并且，即使假設(shè)能夠利用機(jī)械加工切削所述薄膜部而形成為要求的弱反彈性的薄度，薄膜部含有孔洞等缺陷的發(fā)生概率也會變高，進(jìn)而發(fā)生流體泄漏的不良等，不能夠發(fā)揮隔膜結(jié)構(gòu)的功能的可能性變高。因此，為了去除不良品需要利用X射線檢查等對孔洞的有無進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從而導(dǎo)致品質(zhì)管理成本也上升。
[0008]由此，因為加工精度的問題和各種成本的問題，所以利用以往的機(jī)械加工使所述隔膜結(jié)構(gòu)具有弱反彈性非常困難。
[0009]并且，在以往的與薄膜部垂直地焊接銷的結(jié)構(gòu)的情況下，焊接部發(fā)生變形，從而反復(fù)動作的結(jié)果是發(fā)生疲勞破損的可能性變高。即，以往的結(jié)構(gòu)本身成為妨礙隔膜結(jié)構(gòu)的弱反彈化和流體控制閥的大口徑化的主要原因。
[0010]并且，為了以與以往相同的薄度形成所述薄膜部且不增大來自致動器的輸出就增大行程，可以考慮增大薄膜部的面積，從而增大變形的部分，進(jìn)而增大從被支承的部分到銷的彎曲變形量。但是，如果薄膜部大面積化，則受到存在于銷突出側(cè)的流體施加的壓力中與薄膜部垂直的方向、即銷的移動方向的反方向的壓力的面積增大，從而從致動器施加的力的被抵消的量也大幅增加。因此，如果單純使薄膜部大面積化，反而有可能導(dǎo)致行程量降低。
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開公報特開2001-27333號


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有如下隔膜結(jié)構(gòu)的流體控制閥，所述隔膜結(jié)構(gòu)具有弱反彈性且即使不從致動器施加大的力也能夠大幅變形從而增大行程，并且即使較薄形成也很難發(fā)生缺陷和不良，從而可以實現(xiàn)流體控制閥的大口徑化和大輸出化。
[0013]S卩，本發(fā)明的流體控制閥包括隔膜結(jié)構(gòu)和按壓所述隔膜結(jié)構(gòu)的致動器，其中，所述隔膜結(jié)構(gòu)包括:突出部，形成為筒狀，至少沿軸向被所述致動器按壓；凸緣部，從所述突出部的基端相對于所述突出部向外側(cè)擴(kuò)展；以及支承部，形成于所述凸緣部的外周，并被安裝于其他構(gòu)件，所述凸緣部形成為膜狀。
[0014]根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，相比于大部分的壓力朝向與所述突出部的側(cè)周面垂直的方向施加于所述突出部的情況，本發(fā)明通過從所述致動器沿該突出部的軸向施加力，因此各力的方向大致垂直，所以致動器所施加的力基本不會被抵消而作用于所述突出部的軸向的變形。因此，基本不會浪費從致動器施加的力，所以即使很小的力也能夠使所述突出部沿軸向大幅變形，從而能夠獲得大的行程。因此，能夠使流體控制閥大型化和大輸出化。即，因為將所述突出部形成為筒狀且致動器沿突出部的軸向進(jìn)行按壓，所以能夠增大變形的部分，且不會受到將致動器施加的力抵消的方向的壓力，因此能夠增大行程量。并且，所述凸緣部與所述突出部的基端連接的部分隨著該突出部的變形而發(fā)生向所述致動器的按壓方向的位移，因此能夠進(jìn)一步增加行程量。
[0015]并且，在所述凸緣部的中央部和外周部，從所述致動器施加的力不與施加于該凸緣部的壓力垂直，而是抵消，因此能夠使凸緣部的這些部分基本不變形而只使所述突出部和所述凸緣部中的所述突出部的附近部分大幅變形。例如不會因從所述致動器施加的力使所述凸緣部的大部分大幅移動，因此能夠盡可能地減小用于防止在所述流體控制閥內(nèi)因所述凸緣部變形而與其他構(gòu)件干擾的分離距離，從而能夠盡可能地減小流體控制閥內(nèi)的容積來提高響應(yīng)性。
[0016]為了使所述隔膜結(jié)構(gòu)的所述凸緣部和所述突出部能夠形成為非常薄，從而賦予弱反彈性，進(jìn)而取得大的行程，優(yōu)選的是，至少所述凸緣部和所述突出部由金屬薄板利用拉深加工形成。并且，根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，因為進(jìn)行拉深加工的金屬薄板能夠使用軋制材料，因此即使將所述凸緣部和所述突出部形成為非常薄也基本不含有孔洞，從而很難發(fā)生缺陷。因此，即使在較薄形成時不通過X射線檢查進(jìn)行缺陷檢查，也能夠保證規(guī)定的品質(zhì)，與利用切削等機(jī)械加工制作相同薄度的隔膜結(jié)構(gòu)時相比，能夠抑制品質(zhì)管理成本上升。
[0017]為了使從所述致動器對所述突出部施加的力，不是與該突出部的表面垂直地施力口，而是例如沿內(nèi)側(cè)周面施加，從而防止力集中于突出部的一部分而發(fā)生破損，優(yōu)選的是，所述流體控制閥還包括內(nèi)部嵌合構(gòu)件，所述內(nèi)部嵌合構(gòu)件與所述突出部的內(nèi)側(cè)周面緊密嵌合，并被所述致動器按壓。
[0018]為了較薄形成所述隔膜結(jié)構(gòu)，且即使在致動器對所述突出部施加力時，也能夠防止從致動器施加的力集中于一點而導(dǎo)致突出部在該作用點發(fā)生破損，優(yōu)選的是，所述流體控制閥還包括球體，所述球體被收容于所述突出部的內(nèi)部，所述致動器借助所述球體沿所述突出部的軸向按壓所述突出部。
[0019]為了沿與所述突出部的側(cè)面平行的方向從致動器施加力，且通過使從所述致動器對所述突出部施加的力的方向與所述突出部的側(cè)面垂直，來進(jìn)一步提高能夠簡單地防止破損的效果，優(yōu)選的是，與所述突出部的內(nèi)側(cè)周面緊密嵌合并被所述致動器按壓的內(nèi)部嵌合構(gòu)件在所述突出部內(nèi)保持所述球體，并且借助所述球體被所述致動器按壓。
[0020]作為所述致動器不與流體接觸，且能夠利用所述突出部進(jìn)行開度的調(diào)節(jié)的常閉型的流體控制閥的具體構(gòu)成例，可以列舉所述流體控制閥還包括:閥座構(gòu)件，形成有閥座面；以及閥體構(gòu)件，具有與所述閥座面接觸或者分離的落座面，所述突出部的前端部分按壓所述閥體構(gòu)件。
[0021 ] 為了能夠容易地固定所述流體控制閥內(nèi)的所述隔膜結(jié)構(gòu)的位置，且利用隔膜結(jié)構(gòu)按壓并組裝所述閥座構(gòu)件，優(yōu)選的是，所述隔膜結(jié)構(gòu)還包括法蘭部，所述法蘭部比所述支承部剛性高，所述支承部的外周部焊接于所述法蘭部，在組裝時，以所述法蘭部按壓條形突起的方式進(jìn)行組裝，所述條形突起形成于所述閥座構(gòu)件并具有按壓面。
[0022]由此，根據(jù)本發(fā)明的流體控制閥，能夠在突出部使從致動器施加的力的方向與施加于突出部的壓力大致垂直而不抵消，從而能夠使從所述致動器施加的力高效地用于所述突出部的變形。因此，即使致動器的輸出不那么大，例如所述突出部也能夠增大可調(diào)整的行程量，從而能夠獲得大口徑和大輸出的流體控制閥。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1表示設(shè)置了本發(fā)明第一實施方式的流體控制閥的質(zhì)量流量控制器。
[0024]圖2是表示第一實施方式的流體控制閥的示意性斷面放大圖。
[0025]圖3是表示第一實施方式的隔膜結(jié)構(gòu)的膜構(gòu)件的示意性立體圖。
[0026]圖4是表示第一實施方式的膜構(gòu)件與法蘭部的焊接方法的示意圖。
[0027]圖5是表示第一實施方式的按壓時的隔膜結(jié)構(gòu)的變形方式的示意圖。
[0028]圖6是表示以往例子的按壓時的隔膜結(jié)構(gòu)的變形方式的示意圖。
[0029]圖7是表示第一實施方式的變形例的膜構(gòu)件與法蘭部的焊接方法的示意圖。
[0030]圖8是表示本發(fā)明第二實施方式的流體控制閥的示意圖。
[0031]圖9是表示第二實施方式的按壓時的隔膜結(jié)構(gòu)所承受的力的方向的示意圖。
[0032]圖10是表示另一實施方式的流體控制閥的示意圖。
[0033]圖11是表示又一實施方式的膜構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明
[0035]100質(zhì)量流量控制器
[0036]V 流體控制閥
[0037]3 致動器
[0038]4 隔膜結(jié)構(gòu)
[0039]41凸緣部
[0040]42突出部
[0041]43法蘭部
[0042]44 球體
[0043]45內(nèi)部嵌合構(gòu)件
[0044]5 閥座構(gòu)件
[0045]6 閥體構(gòu)件

【具體實施方式】
[0046]<第一實施方式>
[0047]參照圖1至6對本發(fā)明第一實施方式的流體控制閥V和質(zhì)量流量控制器100進(jìn)行說明。
[0048]第一實施方式的質(zhì)量流量控制器100用于半導(dǎo)體制造裝置，如圖1所示，其包括:主體1，在內(nèi)部形成有使作為測量對象的流體流動的流道2 ;初級壓力傳感器P，用于測量流經(jīng)該流道2的流體流入主體I內(nèi)的時刻或者進(jìn)入主體I之前在上游側(cè)的壓力；流體控制閥V，用于控制流經(jīng)流道2的流體的流量；流量傳感器FS，用于測量流經(jīng)該流道2的流體的流量；以及控制部(未圖示)，反饋控制所述流體控制閥V的開度，以減小目標(biāo)流量值與所述流量傳感器FS所測量的測量流量值的偏差。
[0049]在此，所述初級壓力傳感器P、所述流體控制閥V、所述流量傳感器FS按照該順序自上游依次設(shè)置。即，所述流量傳感器FS設(shè)置在比所述流體控制閥V靠向下游側(cè)的位置。
[0050]對各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0051]所述主體I呈塊狀，所述流道2貫通其內(nèi)部，該流道2的上游端作為進(jìn)口 IP與外部流入配管(未圖示)連接，且下游端作為出口 OP與外部流出配管(未圖示)連接。并且，形成于所述主體I內(nèi)部的流道2包括:連接所述進(jìn)口 IP與初級壓力傳感器P的第一流道21 ;連接所述初級壓力傳感器P與所述流體控制閥V的第二流道22 ;連接所述流體控制閥V與后述的層流元件L的第三流道23 ;連接所述層流元件L與后述的第二壓力傳感器P2的第四流道24 ；以及連接所述第二壓力傳感器P2與出口 OP的第五流道25。
[0052]另外，在以下的說明中，特別是在對與所述流體控制閥V相關(guān)的事項進(jìn)行說明時，也將所述第二流道22稱為上游側(cè)流道，將所述第三流道23稱為下游側(cè)流道。
[0053]設(shè)置所述初級壓力傳感器P用以測量從所述外部流入配管流入的流體在上游側(cè)的壓力變化，例如構(gòu)成為所述控制部基于該初級壓力傳感器P所測量的測量壓力值，切換用于反饋控制的控制律。
[0054]雖然所述流量傳感器FS能夠使用各種傳感器，但是在此采用流量的測量精度和響應(yīng)性良好的所謂的壓力式的流量傳感器FS。該壓力式的流量傳感器FS自上游依次包括測量所述流體控制閥V下游的壓力的第一壓力傳感器Pl、作為流體阻力元件的層流元件L、測量層流元件L下游側(cè)的壓力的第二壓力傳感器P2。利用所述層流元件L而在其前后產(chǎn)生壓力差，因此基于所述第一壓力傳感器Pl和所述第二壓力傳感器P2各自測量的壓力測量流量。
[0055]所述流體控制閥V設(shè)置成連接作為上游側(cè)流道的第二流道22與作為下游側(cè)流道的第三流道23之間，并利用閥座構(gòu)件5與閥體構(gòu)件6的分離距離來控制可通過的流體的流量。即，如圖1和圖2所示，所述流體控制閥V自上側(cè)依次具有致動器3、柱塞PL、隔膜結(jié)構(gòu)
4、閥座構(gòu)件5、閥體構(gòu)件6、板簧7、基礎(chǔ)構(gòu)件8。更具體地說，利用所述隔膜結(jié)構(gòu)4將所述致動器3的動作向所述閥體構(gòu)件6傳遞，從而調(diào)節(jié)閥座構(gòu)件5與閥體構(gòu)件6的分離距離。并且，所述板簧7形成有多個用于使流體通過的狹縫，且將所述閥體構(gòu)件6從所述基礎(chǔ)構(gòu)件8向上推至致動器3側(cè)，在初始狀態(tài)下使所述閥體構(gòu)件6與所述閥座構(gòu)件5持續(xù)接觸，從而成為常閉型的流體控制閥V。
[0056]所述致動器3例如具有層疊多個壓電元件而形成的壓電堆31。收容該壓電堆31的外殼部件由安裝于所述主體I的安裝部33和收容所述壓電堆31的圓筒部32構(gòu)成。所述圓筒部32由熱膨脹率小的殷鋼等構(gòu)件形成，幾乎不發(fā)生熱變形。因此，所述圓筒部32幾乎不受周圍溫度和流體的溫度等的影響，所以位移量能夠不受溫度影響而與施加于所述壓電堆31的電壓對應(yīng)。
[0057]所述柱塞PL安裝于所述壓電堆31的前端，且是中央部向下方突出的大致兩級圓筒狀。并且，所述致動器3構(gòu)成為借助該柱塞PL按壓所述隔膜結(jié)構(gòu)4。并且，為了在不對壓電堆31施加電壓的狀態(tài)下使壓電堆31和柱塞PL返回到初始位置，在下部設(shè)置有初始位置返回板簧PS。
[0058]所述隔膜結(jié)構(gòu)4將在流體控制閥V內(nèi)連接上游側(cè)流道和下游側(cè)流道的流道與設(shè)置有所述致動器3的外部分隔，并將來自外部配置的所述致動器3的按壓力傳遞至所述閥體構(gòu)件6。如圖2和圖3所示，該隔膜結(jié)構(gòu)4由整體形成為薄壁狀的膜構(gòu)件TF和焊接了支承部FI的大致圓環(huán)狀的法蘭部43構(gòu)成，所述膜構(gòu)件TF包括:突出部42，形成為前端封口的薄壁筒狀，被所述致動器3至少沿軸向按壓；凸緣部41，形成從所述突出部42的基端連續(xù)且平緩的曲面，并相對于該突出部42向外側(cè)擴(kuò)展；薄膜狀的支承部FI，形成與所述凸緣部41的外周部連續(xù)且平緩的平面，并被安裝于其他構(gòu)件。
[0059]所述膜構(gòu)件TF是對不銹鋼等軋制的金屬薄板進(jìn)行拉深加工而形成的，并形成為其厚度大約是0.1mm0并且，所述凸緣部41和所述支承部FI相當(dāng)于金屬薄板的被夾持在模具與褶皺抑制部之間的部分，所述突出部42相當(dāng)于被模具和沖頭拉深的部分。并且，所述突出部42向與所述凸緣部41垂直的方向突出，且形成前端封口的大致細(xì)筒狀。在該突出部42的內(nèi)部的底面收容有球體44，且所述柱塞PL的前端與所述球體44接觸，從而將來自所述致動器3的力傳遞至所述閥體構(gòu)件6。S卩，為了防止因柱塞PL直接按壓所述突出部42的內(nèi)表面而使力集中于一點從而導(dǎo)致突出部42的一部分破損，構(gòu)成為借助所述球體44間接地按壓。在本實施方式中，所述突出部42的軸向與所述致動器3的按壓方向一致，但是也可以稍微偏離，例如所述致動器3相對于所述突出部42的軸向傾斜地按壓。即“至少沿軸向按壓”的概念包括以所述致動器3的按壓力包含所述突出部42的軸向成分的狀態(tài)進(jìn)行按壓。
[0060]所述凸緣部41在從上側(cè)觀察時形成為大致薄壁圓板狀，且如圖4所示，使用電極EL將形成于所述凸緣部41外周的支承部FI電阻焊接于高剛性的薄壁圓環(huán)狀的所述法蘭部43，所述法蘭部43具有比所述凸緣部41和所述支承部FI大的厚度。并且，如圖2所示，所述法蘭部43的除了焊接有支承部FI以外的平面在組裝時，以所述法蘭部43按壓條形突起54的方式進(jìn)行組裝，條形突起54形成于后述的閥座構(gòu)件5并具有按壓面55。這是為了在所述支承部FI與所述法蘭部43之間成為不均勻面的焊接部分不與按壓面接觸，并利用面接觸以均勻的力向下部按壓所述閥座構(gòu)件5，從而保證閥座面58的面精度。
[0061]如圖2所示，所述閥座構(gòu)件5在其底面部52形成有與所述閥體構(gòu)件6的落座面61接觸的閥座面58，并形成底面?zhèn)戎睆叫　⑸厦鎮(zhèn)戎睆酱蟮拇笾聝杉増A筒形狀，并在中央部形成沿軸向延伸的第一閥內(nèi)流道511，以及從上面向側(cè)面連通的斷面呈大致L形的第二閥內(nèi)流道512。并且，在該閥座構(gòu)件5的上面部53處，以包圍第一閥內(nèi)流道511和第二閥內(nèi)流道512的開口外側(cè)的方式，形成向上側(cè)突出的所述條形突起54。該條形突起54的上表面為平面，且在組裝時成為被所述法蘭部43按壓的按壓面55。
[0062]以在所述底面部52包圍第一閥內(nèi)流道511的流入開口周圍的方式，在所述底面部52形成所述閥座面58，并以包圍所述流入開口周圍的方式，在所述閥座面58的外側(cè)形成比所述條形突起54外徑尺寸小的圓環(huán)狀的凹槽57。因為具有該凹槽57，所以即使在組裝時所述按壓面55被按壓，也可以通過將所述閥座構(gòu)件5的底面部52側(cè)的變形限定于大致外周側(cè)來保證所述閥座面58的平面度。因此，能夠一直與所述閥體構(gòu)件6的落座面61保持恰當(dāng)?shù)慕佑|程度，從而能夠發(fā)揮閥的密封功能。
[0063]并且，閥座構(gòu)件5被嵌入并組裝在設(shè)置于主體I的圓柱狀的凹部。所述凹部以隔斷主體I的第二流道22與第三流道23的方式配置，作為上游側(cè)流道的第二流道22在所述凹部的底面中央部開口，且作為下游側(cè)流道的第三流道23在所述凹部的外側(cè)周面59的中央部、即與所述閥座構(gòu)件5的小直徑部分對應(yīng)的位置開口。
[0064]并且，在將所述閥座構(gòu)件5嵌入所述凹部的狀態(tài)下，該閥座構(gòu)件5的上面部53側(cè)與所述凹部的內(nèi)側(cè)周面大致無間隙地嵌合，且該閥座構(gòu)件5的底面部52側(cè)的小直徑部分與所述凹部的內(nèi)側(cè)周面之間形成有間隙。
[0065]對這種結(jié)構(gòu)的閥座構(gòu)件5中的流體的流動進(jìn)行說明，流體從形成于底面部52的流入開口經(jīng)過第一閥內(nèi)流道511到達(dá)上面部53，之后經(jīng)過第二閥內(nèi)流道512從閥座構(gòu)件5的外側(cè)周面向下游側(cè)流道流動。
[0066]所述閥體構(gòu)件6在上表面形成有落座面61，在其下表面?zhèn)缺凰霭寤?彈性支承且不被致動器3按壓的狀態(tài)下，所述閥座構(gòu)件5的閥座面58與所述落座面61面接觸從而流體不向閥座構(gòu)件5內(nèi)流入。并且，對致動器3施加電壓從而使所述閥體構(gòu)件6的上表面中央部因被所述突出部42的前端按壓而向下方移動，可以改變開度從而控制通過的流體的流量。
[0067]接著，對該隔膜結(jié)構(gòu)4被致動器3按壓時的變形方式，邊與以往例子進(jìn)行比較邊進(jìn)行說明。圖5表示本實施方式的隔膜結(jié)構(gòu)4的變形方式，圖6表示以往的隔膜結(jié)構(gòu)4A的變形方式。
[0068]根據(jù)圖5可知，在本實施方式的隔膜結(jié)構(gòu)4中，致動器3施加的按壓力的方向與流道對所述突出部42施加的壓力的方向垂直。因此，在由所述致動器3向下方按壓所述突出部42時，該力不被抵消地施加于所述突出部42。并且，因為利用拉深加工由金屬薄板形成膜構(gòu)件TF，因此與以往相比能夠?qū)⑵浜穸燃庸こ煞浅１?，從而膜?gòu)件TF本身的剛性也低。由此，即使不從致動器3施加大的力也能夠只使所述突出部42大幅變形。由此，在隔膜結(jié)構(gòu)4中受到流體施加的與致動器3的按壓方向呈相反方向的壓力的部分的表面積變小，且在該隔膜結(jié)構(gòu)4中能夠變形的構(gòu)件的數(shù)量多，因此即使來自致動器3的按壓力與以往相同，也能夠增大沿所述突出部42的軸向的行程。并且，因為所述突出部42的基端與所述凸緣部41之間利用拉深加工形成連續(xù)且平緩的曲面，所以能夠使該部分也發(fā)生變形來產(chǎn)生向所述突出部42軸向的位移，從而使行程量增加。并且，利用焊接將所述支承部FI牢固地固定在法蘭部43，因此將該部分作為支點以使所述突出部42及其附近的凸緣部41大幅變形，從而也有助于增加行程量。
[0069]另一方面，圖6所示的以往例子的隔膜結(jié)構(gòu)4A是利用切削等機(jī)械加工形成薄膜部41A，因此其厚度大約是0.2mm,且在該薄膜部41A的中央部設(shè)置有相當(dāng)于本實施方式的突出部42的中間實芯的銷42A。即，與本實施方式相比，以往的隔膜結(jié)構(gòu)4A是剛性高的結(jié)構(gòu)。并且，對于這樣的隔膜結(jié)構(gòu)4A，在利用致動器按壓銷42A的上部時，銷42A本身不向按壓方向變形，而是利用薄膜部41A彎曲變形來向下方按壓銷42A。即，因為施加于薄膜部41A的壓力與按壓的力的方向呈反方向而使力被抵消，且該力沒被用于按壓方向的變形而被用于薄膜部41A的彎曲變形，因此不會發(fā)生與輸入的力成比例的向下方的位移量。
[0070]根據(jù)圖5和圖6可知，與以往相比本實施方式能夠降低隔膜結(jié)構(gòu)4的剛性從而具有弱反彈性，并以按壓所述閥體構(gòu)件6的突出部42本身向閥體構(gòu)件6側(cè)變形的方式構(gòu)成，因此即使是很小的力也能夠得到向下方的大的位移量。即，在圖5和圖6的例子中使用相同輸出的致動器時，本實施方式的隔膜結(jié)構(gòu)4能夠增大行程，因此能夠使流體控制閥V成為大口徑、大輸出的流體控制閥。
[0071]并且，如圖6所示，以往利用機(jī)械加工形成薄膜部41A，所以有可能發(fā)生含有孔洞等缺陷，因此需要利用X射線檢查等進(jìn)行品質(zhì)管理，但是本實施方式的隔膜結(jié)構(gòu)4的膜構(gòu)件TF是利用拉深加工形成的，因此不會發(fā)生因機(jī)械加工而產(chǎn)生的孔洞等缺陷，從而能夠省略檢查工序。由此，即使將隔膜結(jié)構(gòu)4形成為比以往薄，也能夠降低用于品質(zhì)管理的成本。
[0072]并且，在所述凸緣部41處，對該凸緣部41施加的壓力與從所述致動器3施加的力呈反方向，因此能夠使凸緣部41基本不變形而只使插入所述閥座構(gòu)件5的第一閥內(nèi)流道511內(nèi)的所述突出部42大幅變形。因此，即使減小所述凸緣部41與所述上面部53之間的間隙，在由致動器3按壓時所述凸緣部41也不會與所述上面部53發(fā)生干擾，并能夠盡可能地減少流體控制閥V內(nèi)的流道的容積，從而能夠提高流量控制的響應(yīng)性。并且，通過如此形成凸緣部41，能夠減小隔膜結(jié)構(gòu)4與氣體的接觸面積，從而容易地防止氣體經(jīng)由隔膜結(jié)構(gòu)4向外部漏出。
[0073]對第一實施方式的變形例進(jìn)行說明。在第一實施方式中，利用焊接將形成于所述凸緣部41的外周部的薄板圓環(huán)狀的支承部FI連接于一個薄板圓環(huán)狀的法蘭部43，但是如圖7所示，也可以將所述支承部FI的外周部夾于兩個作為圓環(huán)狀薄板的法蘭部43的面板部之間，并將支承部FI和法蘭部43的外周部分通過TIG焊接(非熔化極氣體保護(hù)焊)而連接。
[0074]<第二實施方式>
[0075]接著參照圖8和圖9對第二實施方式進(jìn)行說明。另外，對與第一實施方式對應(yīng)的構(gòu)件標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。
[0076]第二實施方式的流體控制閥V與第一實施方式相比，所述隔膜結(jié)構(gòu)4中的傳遞有來自所述致動器3的力的球體44的保持結(jié)構(gòu)不同。
[0077]更具體地說，如圖8和圖9所示，第二實施方式的隔膜結(jié)構(gòu)4還具有內(nèi)部嵌合構(gòu)件45，所述內(nèi)部嵌合構(gòu)件45與所述突出部42的內(nèi)側(cè)周面緊密嵌合，且在該突出部42內(nèi)保持所述球體44。
[0078]該內(nèi)部嵌合構(gòu)件45是以其厚度從上部側(cè)向下部側(cè)變厚的方式構(gòu)成的大致中空圓筒狀，其外側(cè)周面的直徑與所述突出部42的內(nèi)徑大致相同。在該內(nèi)部嵌合構(gòu)件45的內(nèi)部收容有與柱塞PL的前端接觸的球體44。
[0079]在此，如圖9所示，在對所述致動器3施加電壓從而柱塞PL向下方按壓被收容于內(nèi)部嵌合構(gòu)件45的球體44時，借助內(nèi)部嵌合構(gòu)件45的外側(cè)周面，與所述突出部42的內(nèi)側(cè)周面平行地向下方施加該力。即，在第一實施方式中，因為所述球體44被放置于突出部42的底面，因此由致動器3施力時，施加與所述突出部42的內(nèi)底面垂直的方向的力，而在第二實施方式中，利用所述內(nèi)部嵌合構(gòu)件45而與突出部42的內(nèi)側(cè)周面平行地施力。因此，在第二實施方式中，能夠在使所述突出部42向閥體構(gòu)件6側(cè)變形時不施加與面垂直的力，所以即使在施加了大的力時也更難破損。
[0080]因此，能夠提高隔膜結(jié)構(gòu)4的極限強度，所以能夠進(jìn)一步擴(kuò)展從致動器3施加的力的范圍，從而能夠進(jìn)一步增大隔膜結(jié)構(gòu)4的行程，進(jìn)而構(gòu)成大口徑、大輸出的流體控制閥V。[0081 ] 對其他實施方式進(jìn)行說明。
[0082]對于構(gòu)成圖10的(a)所示的常閉型的流體控制閥V的隔膜結(jié)構(gòu)4，也可以在所述突出部42的內(nèi)部設(shè)置緊密嵌合的內(nèi)部嵌合構(gòu)件45，并直接利用柱塞PL的前端按壓該內(nèi)部嵌合構(gòu)件45。并且，如圖10的(b)所示，本發(fā)明的隔膜結(jié)構(gòu)4不僅能夠用于構(gòu)成常閉型的流體控制閥V，還能夠用于構(gòu)成為常開型的流體控制閥V。并且，如圖10的(b)所示，也可以構(gòu)成為利用柱塞PL的前端按壓所述突出部42的內(nèi)部。
[0083]并且，如所述實施方式所示，不僅能夠以在與所述突出部42的軸向垂直的平面上延伸的方式形成所述凸緣部41，如圖11所示，也能夠以形成傾斜面的方式形成凸緣部41。換言之，在通過所述突出部42的軸線的虛擬平面上觀察所述膜構(gòu)件TF時，在所述實施方式中形成為大致T形，而即使如圖11的(a)所示縱斷面呈Y形、如圖11的(b)所示膜構(gòu)件TF形成為大致漏斗狀，也能夠獲得在上述各實施方式中說明的效果。即，所述凸緣部41相對于所述突出部42的形成角度可以是各種角度。為了形成圖11所示的形狀的膜構(gòu)件TF，例如也可以通過對金屬薄板進(jìn)行兩級拉深加工來形成。并且，所述突出部的一端也可以不是封口而是開口。
[0084]在所述各實施方式中，隔膜結(jié)構(gòu)是通過對鋁的薄板進(jìn)行拉深加工而形成的，但是也可以由其他的金屬薄板形成。并且，在所述實施方式中形成的突出部是利用深拉深加工形成為深度比內(nèi)徑大，但根據(jù)用途和大小等也可以利用淺拉深加工而形成為內(nèi)徑比深度大。致動器不限于壓電式，例如也可以使用電磁線圈等。并且，在所述各實施方式中使用隔膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成了常閉型的流體控制閥，但是也可以構(gòu)成為常開型的流體控制閥。
[0085]在所述實施方式中，示出了在流體控制閥的下游側(cè)設(shè)置有壓力式的流量傳感器的質(zhì)量流量控制器，但是即使所述流量傳感器是熱式的流量傳感器也能夠獲得本發(fā)明的效果O
[0086]在所述實施方式中，流體控制閥用于控制流體的流量，但是也可以用作控制流體壓力的壓力控制閥?？刂频牧黧w既可以是液體也可以是氣體。
[0087]此外，可以在不違背本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形和對實施方式進(jìn)行組合。
[0088]工業(yè)實用性
[0089]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供不良發(fā)生率低且充分降低了加工成本和檢查成本的大口徑且大輸出的流體控制閥。
【權(quán)利要求】
1.一種流體控制閥，包括隔膜結(jié)構(gòu)和按壓所述隔膜結(jié)構(gòu)的致動器，其特征在于， 所述隔膜結(jié)構(gòu)包括: 突出部，形成為筒狀，至少沿軸向被所述致動器按壓； 凸緣部，從所述突出部的基端相對于所述突出部向外側(cè)擴(kuò)展；以及 支承部，形成于所述凸緣部的外周，并被安裝于其他構(gòu)件， 所述凸緣部形成為膜狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，至少所述凸緣部和所述突出部由金屬薄板利用拉深加工形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體控制閥，其特征在于，所述流體控制閥還包括內(nèi)部嵌合構(gòu)件，所述內(nèi)部嵌合構(gòu)件與所述突出部的內(nèi)側(cè)周面緊密嵌合，并被所述致動器按壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體控制閥，其特征在于， 所述流體控制閥還包括球體，所述球體被收容于所述突出部的內(nèi)部， 所述致動器借助所述球體沿所述突出部的軸向按壓所述突出部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體控制閥，其特征在于，與所述突出部的內(nèi)側(cè)周面緊密嵌合并被所述致動器按壓的內(nèi)部嵌合構(gòu)件在所述突出部內(nèi)保持所述球體，并且借助所述球體被所述致動器按壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體控制閥，其特征在于還包括: 閥座構(gòu)件，形成有閥座面；以及 閥體構(gòu)件，具有與所述閥座面接觸或者分離的落座面， 所述突出部的前端部分按壓所述閥體構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流體控制閥，其特征在于， 所述隔膜結(jié)構(gòu)還包括法蘭部，所述法蘭部比所述支承部剛性高，所述支承部焊接于所述法蘭部， 在組裝時，以所述法蘭部按壓條形突起的方式進(jìn)行組裝，所述條形突起形成于所述閥座構(gòu)件并具有按壓面。
【文檔編號】F16K31/04GK104075006SQ201410085507
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】安田忠弘, 林繁之, 河南宣之 申請人:株式會社堀場Stec