JP6738617B2 - Thermal actuators, thermal valves, and mass flow controllers - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置等に使用されるサーマルアクチュエータ、サーマルバルブ、およびマスフローコントローラに関する。 The present invention relates to a thermal actuator, a thermal valve, and a mass flow controller used for semiconductor manufacturing equipment and the like.
従来より、ヒータ線に電流を流して発熱させ、ヒータ線が巻かれた金属素子を変形させて機器を制御する構成が提案されている。例えば、特許文献1には、円柱状のバイメタルの外周に絶縁テープを巻き、絶縁テープに対し螺旋状にヒータ線を巻き付けて、ヒータ線に電流を流すことにより、バイメタルを湾曲させる構成が開示されている。 Conventionally, there has been proposed a configuration in which an electric current is applied to a heater wire to generate heat, and a metal element around which the heater wire is wound is deformed to control an apparatus. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which an insulating tape is wound around the outer periphery of a cylindrical bimetal, a heater wire is spirally wound around the insulating tape, and a current is passed through the heater wire to bend the bimetal. ing.
ところで、特許文献1に開示された構成を、ステムをヒータ線により加熱して熱膨張させて弁体を駆動させることにより流体通路の開閉を行うサーマルバルブのサーマルアクチュエータに適用した場合、ステムの外周の全体に絶縁被膜が形成されることとなる。このため、ヒータ線によりステムを加熱しても、ステムが熱膨張し難く、弁体が駆動するまでに時間を要してしまい、サーマルバルブの応答性が悪くなってしまう。また、所望のストロークを得るのも困難となる。 By the way, when the configuration disclosed in Patent Document 1 is applied to a thermal actuator of a thermal valve that opens and closes a fluid passage by heating a stem with a heater wire to thermally expand the stem to drive a valve element, the outer circumference of the stem The insulating coating is formed on the entire surface of the. For this reason, even if the stem is heated by the heater wire, the stem is less likely to thermally expand, and it takes time until the valve element is driven, and the responsiveness of the thermal valve deteriorates. Also, it becomes difficult to obtain a desired stroke.
そこで本発明は、応答性がよく、所望のストロークを得ることが可能なサーマルアクチュエータ、サーマルバルブ、およびマスフローコントローラを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a thermal actuator, a thermal valve, and a mass flow controller which have good responsiveness and can obtain a desired stroke.
上記目的を解決するために、本発明の一態様であるサーマルアクチュエータは、弁体を駆動するためのサーマルアクチュエータであって、一端に前記弁体が取り付けられるステムと、絶縁材料により構成され前記ステムの外周面に螺旋状に形成された絶縁部と、前記絶縁部のみに当接して、螺旋状の前記絶縁部に沿って、前記ステムに巻き付けられたヒータ線と、前記ヒータ線に接続されたリード線とを備える。 In order to solve the above-mentioned object, a thermal actuator according to one aspect of the present invention is a thermal actuator for driving a valve body, the stem having the valve body attached to one end, and the stem made of an insulating material. And a heater wire wound around the stem and connected to the heater wire along the spiral insulating portion by contacting only the insulating portion spirally formed on the outer peripheral surface of the And a lead wire.
また、本発明の一態様であるサーマルバルブは、弁室および前記弁室に連通する流体通路が形成された流路形成部と、アクチュエータ支持部と、を有するバルブボディと、前記弁室内に配置され、前記流体通路を開閉可能な弁体と、一端に前記弁体が取り付けられるステムと、絶縁材料により構成され前記ステムの外周面に螺旋状に形成された絶縁部と、前記絶縁部のみに当接して螺旋状の前記絶縁部に沿って前記ステムに巻き付けられたヒータ線と、前記ヒータ線に接続されたリード線と、前記ステムの他端側に設けられ前記アクチュエータ支持部に固定される固定部と、を有するサーマルアクチュエータと、を備える。 Further, a thermal valve according to an aspect of the present invention includes a valve body having a valve chamber and a flow path forming portion in which a fluid passage communicating with the valve chamber is formed, and an actuator support portion, and the thermal valve is disposed in the valve chamber. A valve body capable of opening and closing the fluid passage, a stem to which the valve body is attached at one end, an insulating portion formed of an insulating material in a spiral shape on the outer peripheral surface of the stem, and only the insulating portion. A heater wire abutting on and wound around the stem along the spiral insulating portion, a lead wire connected to the heater wire, and fixed to the actuator support portion provided on the other end side of the stem. And a thermal actuator having a fixing portion.
また、本発明の一態様であるマスフローコントローラは、流体の流量を計測する流量センサと、前記流量センサの下流側に設けられた上記のサーマルバルブと、前記流量センサの計測結果に基づき前記サーマルバルブを制御する制御部と、を備える。 Further, a mass flow controller according to one aspect of the present invention includes a flow rate sensor for measuring a flow rate of a fluid, the above-mentioned thermal valve provided on the downstream side of the flow rate sensor, and the thermal valve based on a measurement result of the flow rate sensor. And a control unit for controlling.
本発明によれば、応答性がよく、所望のストロークを得ることが可能なサーマルアクチュエータ、サーマルバルブ、およびマスフローコントローラを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a thermal actuator, a thermal valve, and a mass flow controller which have good responsiveness and can obtain a desired stroke.
本発明の実施形態に係るサーマルアクチュエータ20、サーマルバルブ10、およびマスフローコントローラ1について、図面を参照して説明する。
A
図1は、本実施形態に係るサーマルバルブ10が開状態にあるマスフローコントローラ1の全体構成図を示している。
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a mass flow controller 1 in which a
図1に示すように、マスフローコントローラ1は、ボディ2と、流量センサ3と、制御部4と、サーマルバルブ10とを主に備える。
As shown in FIG. 1, the mass flow controller 1 mainly includes a
ボディ2は、ステンレス鋼材等により構成されている。ボディ2には、流入路2aと、バイパス流路2bと、センサ流入路2cと、センサ流出路2dと、合流路2eと、弁室2fと、流出路2gとが形成されている。ボディ2の合流路2eと弁室2fとが連通する箇所の周縁は、弁座2Hを構成する。
The
バイパス流路2bへは、流入路2aを通過した流体が流入する。センサ流入路2cは、バイパス流路2bから分岐し流量センサ3へ流体を流す。センサ流出路2dは、流量センサ3を通過した流体を流出させる。合流路2eでは、バイパス流路2bを通過した流体とセンサ流出路2dを通過した流体とが合流する。
The fluid that has passed through the
また、バイパス流路2bおよびセンサ流入路2cは、所定の流量比(例えば、1:2〜1:1000)で流体が流れるように構成されている。バイパス流路2b内には、複数の抵抗素子2Iが配置されている。
Further, the
流量センサ3は、サーマル式流量センサであり、図示せぬ細管および発熱コイル等を有して、流体の流量を計測し、計測結果を制御部4へ出力する。
The
制御部4は、流量センサ3による流体の流量の計測結果等に基づき、サーマルバルブ10の開閉を制御する。
The
サーマルバルブ10は、ノーマルオープンバルブであり、ボディ2(流路形成部)と、アクチュエータ支持部11と、弁体12と、サーマルアクチュエータ20とから構成される。ボディ2の弁室2f、合流路2eおよび流出路2gを形成する部分とアクチュエータ支持部11とにより、バルブボディが構成される。ボディ2の弁室2f、合流路2eおよび流出路2gを形成する部分は、流路形成部に相当する。
The
アクチュエータ支持部11は、筒状をなし、ボディ2に固定され、その上端部の内周に雌ねじが形成されている。
The
弁体12は、弁室2f内に位置し、環状溝12aが形成された略円柱状の基部12Bと、基部12Bの下面12cから下方へ突出しテーパ状(円錐状)をなす突起部12Dとを有する。基部12Bの環状溝12aには、Oリング13が装着されている。
The
図2は、サーマルアクチュエータ20の全体構成図を示している。
FIG. 2 shows an overall configuration diagram of the
サーマルアクチュエータ20は、ステム21と、絶縁被膜22、固定部23と、ヒータ線24と、第1、第2リード線25、26と、第1、第2接着部27、28とを備える。
The
ステム21は、例えばステンレス鋼により構成され、丸棒状をなし、基部12Bから上方へ延びるように、基部12Bに取り付けられている。ステム21の外周面21aには、樹脂材料等により構成される絶縁被膜22(図4(C)を参照。)が、ステム21の上下にわたって螺旋状にコーティングされている。絶縁被膜22は絶縁部に相当する。
The
固定部23は、略円柱状をなし、外周に雄ねじ23Aが形成され、当該雄ねじ23Aがアクチュエータ支持部11の雌ねじに螺合することによりアクチュエータ支持部11に固定されている。固定部23には、ステム21の上端が取り付けられている。また、固定部23には、上下方向に延びる二本の貫通孔23bが形成されている。
The
ヒータ線24は、絶縁被膜22のみに当接して、螺旋状の絶縁被膜22に沿って、ステム21に対し巻き付けられている。すなわち、絶縁被膜22は、ステム21とヒータ線24との間に介在して、ヒータ線24からステム21への電流の導通を防止している。
The
第1リード線25は、固定部23の一方の貫通孔23bに貫通され、その下端はステム21に巻き付けられたヒータ線24の上端付近に位置している。ヒータ線24の上端は、第1リード線25に対し溶接されている。
The
第2リード線26は、固定部23の他方の貫通孔23bに貫通され、その下端はステム21に巻き付けられたヒータ線24の下端付近に位置している。ヒータ線24の下端は、第2リード線26に対し溶接されている。
The
第1接着部27は、例えば樹脂系接着剤により構成され、第1リード線25およびヒータ線24の溶接部分と、ステム21の当該溶接部分近傍とを覆っている。
The first
第2接着部28は、例えば樹脂系接着剤により構成され、第2リード線26およびヒータ線24の溶接部分と、ステム21の当該溶接部分近傍とを覆っている。
The second
このように構成されたサーマルアクチュエータ20において、制御部4の制御信号に基づき、第1、第2リード線25、26を介してヒータ線24に電流を流すことにより、ヒータ線24が発熱する。ヒータ線24の熱は、絶縁被膜22を介して、ステム21に伝わり、ステム21が熱膨張して伸びる。この結果、図3に示すように、弁体12の突起部12Dが、ボディ2の弁座2Hに当接して、ボディ2の流体通路が閉状態となる。
In the
次に、サーマルアクチュエータ20の製造方法について、図3を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
図4は、サーマルアクチュエータ20の製造工程の説明図を示している。
FIG. 4 shows an explanatory diagram of the manufacturing process of the
図4(a)に示すように、弁体12に対し、ステム21を溶接等により固定する。図4(b)に示すように、ステム21に対し、その外周面21aに螺旋状の露出領域21bが形成されるように、マスキングテープ29等によりマスキングを行う。ステム21の外周面21aの螺旋状の露出領域21bに、樹脂材料等の絶縁材料を塗布・硬化させて、マスキングテープ29を剥離し、図4(c)に示すように、螺旋状の絶縁被膜22を形成する。
As shown in FIG. 4A, the
図4(d)に示すように、ヒータ線24を、絶縁被膜22のみに当接させ、絶縁被膜22に沿ってステム21に対し巻き付ける。弁体12にOリング13を装着する。図4(e)に示すように、第1、第2リード線25、26が取り付けられた固定部23を、ステム21の上端に対し溶接等により固定する。ヒータ線24の上端と第1リード線25の下端とを溶接し、ヒータ線24の下端と第2リード線26の下端とを溶接する。
As shown in FIG. 4D, the
図4(f)に示すように、第1リード線25およびヒータ線24の溶接部分と、ステム21の当該溶接部分近傍とを覆うように、樹脂系接着剤を塗布・硬化させて、第1接着部27を形成する。第2リード線26およびヒータ線24の溶接部分と、ステム21の当該溶接部分近傍とを覆うように、樹脂系接着剤を塗布・硬化させて、第2接着部28を形成する。
As shown in FIG. 4F, a resin adhesive is applied and cured so as to cover the welded portions of the
このように、サーマルアクチュエータ20が製造される。
In this way, the
以上のように、本実施形態のサーマルバルブ10のサーマルアクチュエータ20では、ステム21の外周面21aに螺旋状に絶縁被膜22が形成され、ヒータ線24が絶縁被膜22のみに当接して螺旋状の絶縁被膜22に沿って、ステム21に巻き付る。
As described above, in the
かかる構成により、ステム21の外周面21aの全体ではなく、ステム21に対し必要な箇所にのみ絶縁被膜22を形成しているので、サーマルアクチュエータ20の応答性を向上させることができ、所望のストロークを得ることが可能となる。また、マスフローコントローラ1はサーマルバルブ10を有しているので、安価で、微小流量、高磁場対応のマスフローコントローラ1を提供することができる。
With such a configuration, the insulating
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。 The present invention is not limited to the above embodiment. Those skilled in the art can make various additions and changes within the scope of the present invention.
例えば、サーマルバルブ10は、ノーマルオープンであったが、ノーマルクローズであってもよい。絶縁被膜22に代えて、絶縁テープをステム21に巻くようにしてもよい。弁座2Hは、ボディ2とは材質等の異なる別体で形成しても良い。また、アクチュエータ支持部11は、筒状に限らず、中空の立方体(図示せず)でも良い。
For example, the
1:マスフローコントローラ
2:ボディ
2e:合流路
2f:弁室
2g:流出路
3:流量センサ
10:サーマルバルブ
11:アクチュエータ支持部
12:弁体
20:サーマルアクチュエータ
21:ステム
21a:外周面
22:絶縁被膜
24:ヒータ線
25:第1リード線
26:第2リード線
1: Mass flow controller 2:
21a: outer peripheral surface 22: insulating coating 24: heater wire 25: first lead wire 26: second lead wire
Claims (3)
一端に前記弁体が取り付けられるステムと、
絶縁材料により構成され、前記ステムの外周面に螺旋状の露出領域が形成されるように螺旋状に形成された絶縁部と、
前記絶縁部のみに当接して、螺旋状の前記絶縁部に沿って、前記ステムに巻き付けられたヒータ線と、
前記ヒータ線に接続されたリード線と、を備える、サーマルアクチュエータ。 A thermal actuator for driving the valve body,
A stem to which the valve body is attached at one end,
An insulating portion which is made of an insulating material and is formed in a spiral shape so that a spiral exposed region is formed on the outer peripheral surface of the stem;
A heater wire that is in contact with only the insulating portion and is wound around the stem along the spiral insulating portion,
And a lead wire connected to the heater wire.
前記弁室内に配置され、前記流体通路を開閉可能な弁体と、
一端に前記弁体が取り付けられるステムと、絶縁材料により構成され前記ステムの外周面に螺旋状の露出領域が形成されるように螺旋状に形成された絶縁部と、前記絶縁部のみに当接して螺旋状の前記絶縁部に沿って前記ステムに巻き付けられたヒータ線と、前記ヒータ線に接続されたリード線と、前記ステムの他端側に設けられ前記アクチュエータ支持部に固定される固定部と、を有するサーマルアクチュエータと、を備える、サーマルバルブ。 A valve body having a valve chamber and a flow passage forming portion in which a fluid passage communicating with the valve chamber is formed; and an actuator support portion,
A valve body arranged in the valve chamber and capable of opening and closing the fluid passage,
A stem to which the valve body is attached at one end, an insulating portion formed of an insulating material and formed in a spiral shape so as to form a spiral exposed region on the outer peripheral surface of the stem, and abutting only on the insulating portion. Heater wire wound around the stem along the spirally shaped insulating portion, a lead wire connected to the heater wire, and a fixing portion provided on the other end side of the stem and fixed to the actuator supporting portion. And a thermal actuator having:
前記流量センサの下流側に設けられた請求項2に記載のサーマルバルブと、
前記流量センサの計測結果に基づき前記サーマルバルブを制御する制御部と、を備える、マスフローコントローラ。 A flow rate sensor that measures the flow rate of the fluid,
The thermal valve according to claim 2, which is provided on the downstream side of the flow rate sensor,
A control unit that controls the thermal valve based on the measurement result of the flow rate sensor.
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