CN101253458A - 垫片式节流器及使用了该节流器的压力式流量控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，不分解、组装压力式流量控制装置，就能简单地更换其节流器，从而可容易地进行控制流量的切换。本发明的节流器更换型压力式流量控制装置，在具有流体供给用配管的连接部的入口侧安装用块(39)和具有流体取出用配管的连接部的出口侧安装用块(43)之间，配置压力式流量控制装置(A)的控制阀(2)的阀体(23)，通过使该阀体(23)的流体入口侧与前述入口侧安装用块(39)、前述阀体(23)的流体出口侧与前述出口侧安装用块(43)分别能够分解地以气密状态连接，形成气体通过前述控制阀(2)流通的流路，并且，在设置于前述阀体(23)的出口侧的垫片型节流器***孔(42c)与出口侧安装用块(43)的垫片型节流器***孔(43b)之间，拆装自如地***压力式流量控制装置(A)的垫片型节流器(38)。

Description

垫片式节流器及使用了该节流器的压力式流量控制装置
技术领域
本发明涉及一种垫片式节流器(orifice)及使用了该垫片式节流器的压力式流量控制装置的改良技术。更具体而言，涉及使用了能够廉价、高效率且稳定地制造的薄金属板的具有高精度孔径的垫片式节流器；使用了该垫片式节流器的压力式流量控制装置；和能够不漏地、迅速地进行节流器的更换，从而可容易地变更现场安装后的压力式流量控制装置的流量范围，并且可将流量控制精度保持在±1％FS以内的高精度的节流器更换型压力式流量控制装置。
背景技术
以往，作为节流器大多采用下述构造：通过机械加工等对节流板直接穿设节流孔，然后，将该节流板在配管管路的接头部或设备与管路的连接部等恰当位置夹入到管路内，并以气密状态直接将其紧固固定。
然而，在上述直接紧固固定型的节流器中，由于因紧固固定而可能使得节流板发生变形，所以，无法使节流板大幅度变薄。因此，无法利用薄的节流板稳定且廉价地制造具有既定孔径及形态的无流量特性偏差的高精度节流器。
另外，为了解决上述问题，开发了一种将节流板熔接到适当的保持配件上，然后将熔接于该保持配件的节流板***并固定到管路内的节流器。
但是，如果进行熔接，则存在着下述难题：因热带来的影响会使得节流孔径发生变化，并且有时会因为热应力而在薄的节流板上产生裂纹，还会降低节流板的耐腐蚀性。
这样，对于节流器、尤其是压力式流量控制装置等中所使用的对形状与孔径等设置了一定限制的高精度节流器而言，不仅无法实现廉价的制造，而且，向管路等中的***固定在结构上也存在很多困难，因此，实用上残留着各种问题。
另一方面，将节流器作为其必须的构成部件的压力式流量控制装置，与以质量流量控制器为代表的热式质量流量控制装置(MFC)相比，在响应性与控制精度、制造成本、控制的稳定性、维护性等方面具有优越的特性，因此被广泛应用在半导体制造等技术领域。
图7(a)及图7(b)是表示前述现有的压力式流量控制装置FCS的基本构成图，由控制阀2、压力检测器6、节流器8、流量运算电路13、31、流量设定电路14、运算控制电路16、流量输出电路12等形成了压力式流量控制装置FCS的主要部分。
另外，在图7(a)及图7(b)中，3是节流器上游侧配管，4是阀驱动部，5是节流器下游侧配管，7是温度检测器，9是阀，15是流量变换电路，10、11、22、28是放大器，17、18、29是A/D变换器，19是温度修正电路，20、30是运算电路，21是比较电路，Qc是运算流量信号，Qf是切换运算流量信号，Qe是流量设定信号，Qo是流量输出信号，Qy是流量控制信号，P0是气体的供给压力，P1是节流器上游侧气体压力，P2是节流器下游侧气体压力，k是流量变换率。
当节流器上游侧气体压力P1与节流器下游侧气体压力P2之比P1/P2与流体的临界值相等或比其低时(所谓当气体的流动处于临界状态下之时)，主要使用前述图7(a)的压力式流量控制装置FCS，在节流器8中流通的气体流量Qc由Qc＝KP1(其中，K是比例常数)表示。
另外，在处于临界状态和非临界状态的两种流动状态的气体的流量控制中，主要使用前述图7(b)的压力式流量控制装置FCS，在节流器8中流动的气体的流量可由Qc＝KP2 m(P1-P2)n(K是比例常数，m和n是常数)表示。
并且，在前述图7(a)及图7(b)的压力式流量控制装置中，流量控制的流量设定值作为流量设定信号Qe以电压值表示。例如，如果设上游侧压力P1的压力控制范围0～3(kgf/cm2 abs)由电压范围0～5V表示，则Qe＝5V(满标值)相当于3(kgf/cm2 abs)的压力P1下的流量Qc＝KP1。
具体而言，现在在将流量变换电路15的变换率k设定为1时，若输入了流量设定信号Qe＝5V，则切换运算流量信号Qf(Qf＝kQc)达到5V，控制阀2被进行开闭操作，直到上游侧压力P1达到3(kgf/cm2 abs)为止。结果，与P1＝3(kgf/cm2 abs)对应的流量Qc＝KP1的气体在节流器8中流通。
另外，在将应该控制的压力范围切换为0～2(kgf/cm2 abs)，并由0～5V的流量设定信号Qe表示该压力范围时(即，在满标值5V表示2(kgf/cm2 abs)的情况下)，前述流量变换率k被设定为2/3。
结果，若输入流量设定信号Qe＝5V，则根据Qf＝kQc，切换运算流量信号Qf成为Qf＝5×2/3V，控制阀2被进行开闭操作，直到上游侧压力P1成为3×2/3＝2(kgf/cm2 abs)为止。
即，按照Qe＝5V表示与P1＝2(kgf/cm2 abs)相当的流量Qc＝KP1的方式，变换满标的流量。
另外，在前述图7(b)的压力式流量控制装置中也同样，在节流器8中流通的气体的流量Qc由Qc＝KP2 m(P1-P2)n(K是比例常数，m和n是常数)表示，若气体种类变化，则前述比例常数K发生变化。
如上所述，在上述现有的压力式流量控制装置中，通过调整流量变换电路15的变换率k，可切换与Qe＝5V(满标·F.S.)对应的节流器上游侧压力P1下的流量Qc＝KP1。然而，该流量切换范围始终是比前述Qe＝5V(F.S.值)所对应的上游侧压力P1下的流量Qc＝KP1小的流量范围，上游侧压力P1下的流量Qc成为通过由节流器的孔径等确定的常数k来唯一决定的流量值。
换言之，由电压范围0～5V表示节流器上游侧压力P1的压力控制范围0～3(kgf/cm2 abs)，为了将Qe＝5V下的流量值Qc自身例如扩大切换到5倍的流量，需要将节流器自身变换成常数K具有5倍的值的节流器。
图8是表示能够实现上述节流器更换的压力式流量控制装置的一个例子，在形成压力式流量控制装置FCS的控制阀2的阀体23的流体出口侧设置有节流器***孔24，将具有适当孔径的节流器8更换自如地插在该节流器***孔24内，并通过按压配件32、轴承33及密封部件35a来确保流体通路34的气密性。
【专利文献1】特开平8-338546号公报
【专利文献2】特开2000-66732号公报
【专利文献3】特开2000-322130号公报
【专利文献4】特开2003-195948号公报
【专利文献5】特开2004-199109号公报
可是，在现有的前述图7(a)及图7(b)的压力式流量控制装置中，由于被控制流体的供给压力P0通常被保持为恒定值，所以，控制流量的最大值Qc由所使用的节流器8唯一决定，只要不改变节流器8自身，则难以大幅变更所述流体的控制流量的最大或最小流量Qc。
而且，在现有的图8中，每当更换节流器8时都需要取下按压配件32，并且根据情况还需要更换密封部件35a，不仅节流器8的更换需要花费很多功夫，而且，配管管路的解体也花费时间。
并且，在图8的节流器更换方式中，由与节流器8的表面侧抵接的密封部件35a和与节流器5的背面侧抵接的阀主体侧密封用接触座35b构成节流器8的密封机构，而且，通过按压配件32的旋入按压力来确保节流器8两面的密封性，因此，完全防止从所谓节流器密封部的外部泄漏显然十分困难。
此外，作为节流器8，如图8所示，采用了通过机械加工对薄金属制节流板穿设了既定内径的节流孔的节流器，但如上所述，由于是直接紧固固定节流器8的结构，所以，无法使节流板的厚度极薄，结果，不能够廉价制造高精度的节流器。
而且，在将薄的节流板熔接于节流器保持配件、并夹压固定该节流器保持配件的节流器中，也如上所述，存在着无法防止因熔接热而产生节流板的变形或裂纹、及腐蚀的发生等问题。
发明内容
本发明用于解决现有节流器及利用了节流器的压力式流量控制装置中的上述问题等，即：1、无法利用薄的节流板容易地制造具有既定孔径及形态的流量特性稳定的节流器；2、在熔接型的节流器中，因热应力容易产生节流孔的变形或节流板的裂纹；3、在使用了节流器的压力式流量控制装置中，仅通过改变流量运算电路的变换率k，无法对应流量范围的大幅扩大；4、在现有的节流器更换方式中，不仅节流器的更换过于费时，而且产生外部泄漏的可能性高；本发明的主要目的在于，提供一种能够利用极薄的节流板得到高精度且稳定的流量特性、并可简单地***到流体通路内而不漏地进行夹压固定、且能够廉价且容易地制造的节流器及使用了该节流器的压力式流量控制装置；以及提供一种即便在出厂之后，也能够在现场变换节流器8，来简单且迅速地改变流量范围，并使来自节流器8的外部泄漏完全消失，同时能够大幅提高流量控制精度的节流器可变型压力式流量控制装置。
技术方案1的发明涉及一种垫片型节流器，其基本构成为：将具有嵌合用突部38a1的节流器基体38a和具有嵌合用凹部38b1的节流器基体38b组合，在两者的端面之间以气密状态***节流板38c，并且，将两个节流器基体38a、38b的两端面38a3、38b3作为垫片的密封面。
技术方案2的垫片型节流器，其基本构成为：在将两侧的端面作为密封面的短圆筒型节流器基体38d的单侧附近的内部形成向内突出的凸缘部38d1，将设置有节流孔的薄板状节流板38c遍布整周激光熔接固定到该凸缘部38d1的外侧面。
技术方案3的发明涉及一种压力式流量控制装置，其基本构成为：在具备控制阀、压力检测器、节流器、流量运算电路和运算控制电路的压力式流量控制装置A中，设前述节流器是技术方案1或技术方案2所述的垫片型节流器。
技术方案4的发明在技术方案3的压力式流量控制装置中，将形成压力式流量控制装置A的控制阀的阀体23构成为，以气密状态连接具有流体流通路40a的入口侧块40、具有阀座2b的中央块41和具有出口侧流体通路42a的出口侧块42。
技术方案5的发明在技术方案4的压力式流量控制装置中，将构成压力式流量控制装置A的节流器的设置位置，设置在控制阀的中央块41的流体出口侧与出口侧安装用块42的流体入口侧之间。
技术方案6的发明涉及一种节流器更换型压力式流量控制装置，其基本构成为：在具有流体供给用配管的连接部的入口侧安装用块39和具有流体取出用配管的连接部的出口侧安装用块43之间，配置压力式流量控制装置A的控制阀2的阀体23，通过使该阀体23的流体入口侧与前述入口侧安装用块39的流体出口侧、前述阀体23的流体出口侧与前述出口侧安装用块43的流体入口侧分别能够分解地以气密状态连接，形成气体通过前述控制阀2流通的流路，并且，在设置于前述阀体23的出口侧的垫片型节流器***孔42c与设置于出口侧安装用块43的流体入口侧的垫片型节流器***孔43b之间，拆装自如地***压力式流量控制装置A的垫片型节流器38。
技术方案7的发明在技术方案6的节流器更换型压力式流量控制装置中，将形成压力式流量控制装置A的控制阀2的阀体23构成为，以气密状态连接具有流体流通路40a的入口侧块40、具有阀座2b的中央块41和具有出口侧流体通路42a的出口侧块42。
技术方案8的发明在技术方案7的节流器更换型压力式流量控制装置中，在中央块41中设置有用于***压力式流量控制装置A的压力检测器6的压力检测器***孔41e。
本发明技术方案1的垫片型节流器38使节流板38c以气密状态嵌合紧贴在两个节流器基体38a、38b之间，所以，不论是极薄的金属板或是金属皮膜，都能够在不产生变形等的情况下将其夹持在两个节流器基体38a、38b之间。
结果，不仅能够使用具有更高精度的节流孔的节流板38c，而且通过将两个节流器基体的外侧端作为密封面而利用，可以将节流器38自身作为垫片紧密***固定到管路等中。
在技术方案2的垫片型节流器38中，由于将节流板38c的整周激光熔接到凸缘部38d1的外侧面，所以，与技术方案1的情况同样，能够在节流板38c几乎不产生加热变形的情况下，制造具有高精度节流孔的垫片型节流器38。
在本发明技术方案3的压力式流量控制装置中，由于使用了技术方案1或技术方案2的垫片型节流器38，所以，不仅能够实现节流器38自身的高精度化，而且，几乎能够完全确保节流器38的安装气密性、并防止变形。
在本发明的技术方案6的节流器变换型压力式流量控制装置中，不仅极容易进行节流器的更换，而且能够基本完全确保节流器38的安装气密性及防止变形，因此，可进行高精度的流量控制。
附图说明
图1是对节流器可变型压力式流量控制装置的主要部分进行了剖面的主视图。
图2是本发明中所使用的第一实施例的垫片型节流器的剖面概要图。
图3是图2的垫片型节流器的制造方法的说明图。
图4是本发明中所使用的第二实施例的垫片型节流器的剖面概要图。
图5是垫片型节流器的更换说明图。
图6是垫片型节流器更换后的流量控制精度的修正说明图。
图7是现有的压力式流量控制装置的构成说明图。
图8是表示现有的节流器更换型压力式流量控制装置的一个例子的剖面概要图。
附图标记说明
A 节流器更换型压力式流量控制装置
1  控制部
2  控制阀
2a 阀体
2b 阀座
6  压力检测器
23 阀体
36 垫片型过滤器
37 垫片
38 垫片型节流器
38a 节流器基体(1)
38a1 嵌合用突部
38a2 外周面
38a3 上端面
38b  节流器基体(2)
38b1 嵌合用凹部
38b2 内周面
38b3 下端面
38c  节流板
38d  节流器基体
38d1 凸缘部
39   入口侧安装用块
39a  流体通路
40   入口侧块
40a  流体通路
40b  泄漏检查孔
40c  垫片***孔
41   中央块
41a  入口侧流体通路
41b  出口侧流体通路
41c 阀体***孔
41d 垫片***孔
41e 压力检测器***孔
42  出口侧块
42a 流体通路
42b 泄漏检查孔
42c 垫片型节流器***孔
43  出口侧安装用块
43a 流体通路
43b 垫片型节流器***孔
44  压力检测器的固定件
45  压力检测器的固定用螺栓
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是对本申请发明的技术方案6所涉及的节流器可变型压力式流量控制装置A的主要部分实施纵剖后的主视图，图1中，1是控制部，2是控制阀，2a是控制阀2的阀体，2b是阀座，23是阀体，35是垫片，36是垫片型过滤器，6是压力检测器，37是垫片，38是垫片型节流器。
前述阀体23由入口侧块40、中央块41和出口侧块42这三个部件组装形成。而且，入口侧安装用块39和入口侧块40隔着垫片35由固定用螺栓(省略图示)连接。
前述入口侧块40与中央块41隔着垫片型过滤器36通过固定用螺栓(省略图示)连接。
而且，前述中央块41与出口侧块42隔着垫片37通过固定用螺栓(省略图示)连接。并且，前述出口侧块42与出口侧安装用块43隔着垫片型节流器38通过固定用螺栓(省略图示)以气密状态且分解自如地连接固定。
前述各块39～43都由SUS 316L-P(W melt)材料形成，在入口侧安装用块39上形成有流入侧配管用接头(省略图示)、流体通路39a及固定用螺栓的旋入孔(省略图示)等。
而且，在前述入口侧块40上形成有流体通路40a、固定用螺栓***孔(省略图示)、泄漏检查孔40b和垫片***孔40c等。
并且，在中央块41中形成有入口侧流体通路41a、出口侧流体通路41b、具备阀座2b的阀体2a的***孔41c、垫片***孔41d、压力检测器***孔41e、固定用螺栓旋入孔(省略图示)等。
在前述出口侧块42中形成有出口侧流体通路42a、泄漏检查孔42b、位于流体出口侧的节流器垫片***孔42c、和固定用螺栓插通孔(省略图示)等。
前述出口侧安装用块43具备出口侧配管用接头(省略图示)、流体通路43a及固定用螺栓的旋入孔(省略图示)，以与前述入口侧安装用块39大致相同的方式构成。其中，与前述入口侧安装用块39不同之处在于，在流体入口侧形成有垫片型节流器38的***孔43c。
另外，图1中44是压力检测器的固定件，45是压力检测器的固定用螺栓。
图2是表示本发明技术方案1的垫片型节流器的一个例子的剖面概要图，其通过所谓压入方式制作。
即，该垫片型节流器38通过在节流器基体(1)38a与节流器基体(2)38b之间夹设具有期望的节流孔径Φ的圆形节流板38c，并利用图3所示的推力约为90N的压力机，将节流器基体38a压入到节流器基体38b内、将二者以气密状态一体固定而形成。
其中，构成垫片型节流器38的主要部件全都由SUS316L-LM(W melt)材料形成。
另外，该垫片型节流器38分别在本申请发明的技术方案3所涉及的压力式流量控制装置及本申请发明的技术方案6所涉及的节流器变换型压力式流量控制装置中使用。
即，节流器基体38a如图2及图3所示，在盘状体的下端面形成有嵌合用的突部38a1，其外周面38a2与另一盘状体的节流器基体38b的上端面上形成的嵌合用凹部38b1的内壁面38b2以气密状态紧贴，从而使得节流板38c以气密状态***保持在两者的端面间。
另外，所组装的垫片型节流器38的环状上端面38a3及环状下端面38b3，无庸置疑分别作为块42、43之间的密封用垫片的密封面而发挥功能。
图4是表示本发明技术方案2所涉及的垫片型节流器38的图。
该垫片型节流器38通过将节流板38c激光熔接W(整周)到在节流器基体38d内部的单侧设置的凸缘部38d1的外侧面上而形成，圆筒形的节流器基体38d的上端面和下端面分别成为密封面。
另外，节流器基体38d由SUS 316L-LM(W melt)材料形成，而且，节流板38c可使用与基体38d相同的材质或其他的Ni-Cr合金，并在中央设置既定内径Φ的节流孔。
接着，对垫片型节流器38的更换进行说明。
在因为气体的控制流量或气体种类等的变更，需要更换垫片型节流器38的情况下，首先如图5所示，将连接入口侧块40和入口侧安装用块(入口侧基体块)39的固定用螺栓(省略了图示，为4根)、及连接出口侧块42及出口侧安装用块(出口侧基体块)43的固定用螺栓(省略了图示，为4根)取下。
接着，将新的垫片型节流器38***到前述出口侧块42的垫片***孔42c内，然后，以现状分别将两个块40、42固定于各安装用块39、43。
此时，由于气体入口侧配管及气体出口侧配管都与入口侧安装用块39及出口侧安装用块43的各连接用接头连接，并且，两个块39、43完全不移动，所以，在更换垫片节流器38时，根本不需要取下配管***。
如果完成了前述垫片型节流器38的更换，则调整新的设定流量与控制流量的关系，例如图6所示，在跨度(span)误差ΔQ超过既定值(例如±5％F.S.)的情况下、或必须将跨度误差ΔQ保持在既定值(例如±1％F.S.)以下的情况下，将该更换后的垫片型节流器38中与固有的常数K相关的数据通过节流器数据读取器(省略图示)向控制部A录入，利用该更换后的垫片型节流器38中与固有的常数K相关的数据，修正流量跨度误差ΔQ和流量直线性误差(省略图示)，进行修正使得跨度误差ΔQ等成为既定值以下。
(产业上的可利用性)
本发明能够应用到使用了节流器的流体设备或利用节流器来进行流体的流量控制的所有流体流量控制装置中，主要被用在半导体制造、化学产业、药品产业、食品产业等领域。

Claims (8)

1、一种垫片型节流器，其特征在于，
使具有嵌合用突部(38a1)的节流器基体(38a)和具有嵌合用凹部(38b1)的节流器基体(38b)组合，在两者的端面之间以气密状态***节流板(38c)，并且，将两个节流器基体(38a、38b)的两端面(38a3、38b3)作为垫片的密封面。
2、一种垫片型节流器，其特征在于，
在将两侧的端面作为密封面的短圆筒型节流器基体(38d)的一侧附近的内部形成向内突出的凸缘部(38d1)，将设置有节流孔的薄板状节流板(38c)遍布整周激光熔接固定到该凸缘部(38d1)的外侧面。
3、一种压力式流量控制装置，其特征在于，
在具备控制阀、压力检测器、节流器、流量运算电路和运算控制电路的压力式流量控制装置(A)中，前述节流器是权利要求1或权利要求2所述的垫片型节流器。
4、根据权利要求3所述的压力式流量控制装置，其特征在于，
将形成压力式流量控制装置(A)的控制阀的阀体(23)构成为，以气密状态连接具有流体流通路(40a)的入口侧块(40)、具有阀座(2b)的中央块(41)和具有出口侧流体通路(42a)的出口侧块(42)。
5、根据权利要求4所述的压力式流量控制装置，其特征在于，
将构成压力式流量控制装置(A)的节流器的设置位置，设置在控制阀的中央块(41)的流体出口侧与出口侧安装用块(42)的流体入口侧之间。
6、一种节流器更换型压力式流量控制装置，其特征在于，
在具有流体供给用配管的连接部的入口侧安装用块(39)和具有流体取出用配管的连接部的出口侧安装用块(43)之间，配置压力式流量控制装置(A)的控制阀的阀体(23)，通过使该阀体(23)的流体入口侧与前述入口侧安装用块(39)的流体出口侧、前述阀体(23)的流体出口侧与前述出口侧安装用块(43)的流体入口侧分别能够分解地以气密状态连接，形成气体通过前述控制阀(2)流通的流路，并且，在设置于前述阀体(23)的出口侧的垫片型节流器***孔(42c)与设置于出口侧安装用块(43)的流体入口侧的垫片型节流器***孔(43b)之间，拆装自如地***压力式流量控制装置(A)的垫片型节流器(38)。
7、根据权利要求6所述的节流器更换型压力式流量控制装置，其特征在于，
将形成压力式流量控制装置(A)的控制阀的阀体(23)构成为，以气密状态连接具有流体流通路(40a)的入口侧块(40)、具有阀座(2b)的中央块(41)和具有出口侧流体通路(42a)的出口侧块(42)。
8、根据权利要求7所述的节流器更换型压力式流量控制装置，其特征在于，
在中央块(41)中设置有用于***压力式流量控制装置(A)的压力检测器(6)的压力检测器***孔(41e)。
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