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CN111757998A - 隔膜阀以及使用该隔膜阀的质量流量控制装置 - Google Patents

隔膜阀以及使用该隔膜阀的质量流量控制装置 Download PDF

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CN111757998A
CN111757998A CN201980014375.4A CN201980014375A CN111757998A CN 111757998 A CN111757998 A CN 111757998A CN 201980014375 A CN201980014375 A CN 201980014375A CN 111757998 A CN111757998 A CN 111757998A
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Abstract

隔膜阀(1)具有膜片(2)、呈筒状的阀座(5)、位于阀座的外侧的初级侧流路(4)、位于阀座的内侧的次级侧流路(3)以及将膜片向座面按压从而变更阀门开度的按压构件(6)，将支承构件(7)配置在座面与座面中心之间的区域，该支承构件在从全开至全闭的至少一部分阀门开度范围内与膜片相接触，从而阻碍膜片向次级侧流路侧的变形。由此，即使在膜片两侧的压力差较大的情况下，也能够防止座面处的间隙缩小，能够使气体以大流量流动。

Description

隔膜阀以及使用该隔膜阀的质量流量控制装置
技术领域
本发明涉及隔膜阀以及使用该隔膜阀的质量流量控制装置。
背景技术
质量流量控制装置是一种这样的装置：具有流量传感器和流量控制阀，该装置调整流量控制阀的开度，以使由流量传感器测得的气体流量与目标值一致。质量流量控制装置以将作为成膜材料的气体定量地向半导体制造装置供给为目的被广泛使用。半导体的制造所使用的气体中存在具有腐蚀性的气体。因此，在质量流量控制装置中，通常将隔膜阀用作流量控制阀，该隔膜阀利用金属制的隔膜(即膜片)将气体流路和阀的驱动机构之间气密地隔离开。
隔膜阀的膜片通常是由不锈钢等耐腐蚀性金属构成的呈圆形的薄板。隔膜阀的开闭动作通过使膜片的表面接触或离开将阀的初级侧流路和次级侧流路分隔的阀座的座面来进行。膜片的移动由按压构件来进行，该按压构件设于隔着膜片与气体流路所在侧相反的那侧。
隔膜阀的最大流量取决于阀的初级侧压力P1和次级侧压力P2之间的压力差ΔP1以及在阀座的座面与膜片的表面之间形成的间隙的截面面积S。通常，阀座具有圆筒状形状，其靠膜片侧的环状端面为座面。因而，在压力差ΔP1一定的情况下，为了增加最大流量，下述做法较为有效：通过加长阀座的座面的周长l或扩大阀座的座面与膜片的表面之间的距离d这些任一方法来增加间隙的截面面积S(＝l×d)。后者的方法中的距离d由膜片的按压构件的可动范围大小来决定。在驱动按压构件的驱动机构为压电元件的情况下，按压构件的可动范围最多为50μm，较难扩大距离d。
另一方面，作为采用前者的方法来增加最大流量的流量控制阀，例如，专利文献1中描述了一种将阀座的座面扩大至膜片的平坦部的周缘附近的流量控制阀。采用该结构，作为相对于具有一定大小的平坦部的膜片具有单一座面的阀座，座面的周长l为最长。
另外，近年来，伴随着半导体制造技术的发展，作为成膜材料的气体的种类也在增加，逐渐开始使用以往未使用过的特殊气体。例如，专利文献2中，作为原子层沉积法(ALD)所使用的成膜材料，描述了包含例如有机金属化合物和/或金属卤化物等前体的气体。首先使上述这些前体化学吸附在基板上，形成单层，之后使之与其他气体反应，从而形成金属或金属氧化物等的原子层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－65670号公报
专利文献2：国际公开第2006/101857号
专利文献3：日本特开2014－47843
专利文献4：美国专利申请公开第2008/0142091号说明书
发明内容
发明要解决的问题
上述有机金属化合物和金属卤化物等前体通常分子量较大，在常温常压下为液体(或固体)。而且，即使通过加热使之气化，由于平衡蒸气压较低，因此，也容易由冷却或压力上升而液化(或固化)。因而，为了以防止上述这些气体的液化(或固化)并控制流量来向半导体制造装置进行供给，需要将温度T维持在较高温度，并且需要在维持初级侧压力P1和次级侧压力P2不超过温度T下的平衡蒸气压P(T)的状态的同时进行流量控制。该内容的意思是：(由于平衡蒸气压P(T)较低)无法增大初级侧压力P1和次级侧压力P2之间的压力差ΔP1。因而，为了在平衡蒸气压较低的气体的流量控制中达到期望的流量，需要增加质量流量控制装置所具有的隔膜阀的间隙的截面面积S。
在专利文献1所述的、将阀座的座面扩大至膜片的平坦部的周缘附近的流量控制阀中，作为相对于具有一定大小的平坦部的膜片具有单一座面的阀座，座面的周长l和间隙的截面面积S为最大。然而，由于次级侧流路的形状较为复杂，因此，流体阻力较大，容量系数(Cv值)较小。因此，存在这样的问题：尽管间隙的截面面积S较大，也无法增大流量。
为此，考虑了下述做法：调转使气体流动的方向，将初级侧流路设于阀座的外侧，将次级侧流路设于阀座的内侧。然而，该情况下，次级侧流路与半导体制造装置相连接，因此，为接近真空的压力。即，向半导体制造装置供给的气体的次级侧压力P2较低。另一方面，隔膜阀中，膜片的设有按压构件的那侧与外部相连通，因此，该部分的压力P0与大气压相等。因此，产生下述这样的新问题：因设有按压构件的那侧的压力P0与该侧的相反侧的次级侧压力P2之间的压力差ΔP2使得膜片的中心部朝向次级侧流路变形(膨胀)，因该影响，导致间隙的距离d缩短，气体流量下降。
图10是表示现有技术的隔膜阀(下面有时称为“现有阀”)的结构的一例的示意性剖视图。而且，图11是用于说明现有阀10的因上述压力差ΔP2的大小不同而产生的膜片2的状态差异的、膜片2及其附近的示意性局部放大剖视图。这些附图中，实施有阴影的部分都表示构成现有阀10的构件的截面。但是，仅膜片2的截面用粗线表示。没有线和阴影的部分表示气体流路或构件之间的间隙。
在膜片2的设有按压构件6的那侧的压力P0与该侧的相反侧的次级侧压力P2之间的压力差ΔP2足够小时，如图11所示的粗实线那样，膜片2的平坦部维持着原有的平坦形状。然而，在压力差ΔP2较大时，有时，如图11所示的粗虚线那样，膜片2朝向次级侧流路变形(膜片2以次级侧流路侧呈凸状的方式挠曲)。由于膜片2的外周部固定于其他构件，因此，与膜片2的中央相比，膜片2的与座面5a相对应的位置处的变形较小。即使如此，如图11所例示的那样，与压力差ΔP2足够小时(粗实线)相比，用粗虚线表示的膜片2与阀座5的座面5a之间的间隙的距离d仍然有所变小。上述这样的膜片2的变形的结果是：间隙的截面面积S变小，气体流量下降。
本发明即是鉴于上述问题而做成的，其目的之一在于，在包括具有扩大至膜片的平坦部的周缘附近的座面的阀座的隔膜阀以及使用该隔膜阀的质量流量控制装置中，即使在膜片两侧的压力差ΔP2较大的情况下也能够使气体以大流量流动。
用于解决问题的方案
本发明的隔膜阀(下面有时称为“本发明阀”)具有：膜片，其为圆形；阀座；初级侧流路，其为位于阀座的外侧的空间；次级侧流路，其为位于阀座的内侧的空间；及按压构件，其构成为将膜片向靠近座面的方向按压。阀座由与膜片同轴状地配置的筒状构件构成，且供膜片落座的、具有环状形状的平面即座面形成于筒状构件的靠膜片侧的端面。膜片的外周部固定在相对于包含座面的平面即落座平面隔开规定距离的基准位置，按压构件构成为：通过按压膜片，从而变更膜片与座面之间的距离，来变更阀门开度。
本发明阀还具有支承构件，该支承构件构成为：在第1开度范围内与膜片相接触，从而阻碍膜片向次级侧流路侧的变形，该第1开度范围是本发明阀的阀门开度的从全开至全闭的范围即整个开度范围中的至少一部分阀门开度范围。支承构件构成为：在向包含座面的平面即落座平面的垂直投影图中，支承构件在第1开度范围内与膜片相接触的面即支承面位于座面的环状形状的中心即落座中心与座面之间的区域。
而且，本发明的质量流量控制装置(下面有时称为“本发明装置”)为具有流量传感器和本发明阀的质量流量控制装置。
发明的效果
采用本发明，能够通过扩大次级侧流路的直径来减少流体阻力。而且，即使在膜片的设有按压构件的那侧的压力P0与同该侧相反那侧的次级侧压力P2之间的压力差ΔP2较大时，也能够降低隔膜阀的间隙的距离d的缩小程度。因而，使用具有本发明阀的质量流量控制装置，能够将平衡蒸气压较低的气体以大流量稳定地向半导体装置等供给。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的隔膜阀(第1阀)的结构的一例的示意性剖视图。
图2是用于说明第1阀的因压力差ΔP2的大小不同而产生的膜片的状态差异的、膜片及其附近的示意性局部放大剖视图。
图3是表示本发明的第3实施方式的隔膜阀(第3阀)的膜片及其附近的结构的一例的示意性局部放大剖视图。
图4是表示本发明的支承构件的一实施方式的示意性立体图。
图5是表示本发明的支承构件的另一实施方式的示意性立体图。
图6是表示本发明的支承构件的又一实施方式的示意性立体图。
图7是表示本发明的具有施力构件的支承构件的一实施方式的示意性立体图。
图8是表示本发明的具有施力构件的支承构件的又一实施方式的示意性立体图。
图9是表示本发明的第5实施方式的质量流量控制装置(第5装置)的结构的一例的示意性框图。
图10是表示现有技术的隔膜阀(现有阀)的结构的一例的剖视图。
图11是用于说明现有阀的因压力差ΔP2的大小不同而产生的膜片的状态差异的、膜片及其附近的示意性局部放大剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，详细地对用于实施本发明的方式进行说明。而且，在此所述的实施方式仅为例示，用于实施本发明的方式不限定于在此所述的方式。
第1实施方式
图1是表示本发明的第1实施方式的隔膜阀(下面有时称为“第1阀”)的结构的一例的示意性剖视图。实施有阴影的部分表示构成第1阀1的构件的截面。但是，仅膜片2的截面用粗线表示。没有线和阴影的部分表示气体流路或构件之间的间隙。而且，图2是用于说明第1阀1的因压力差ΔP2的大小不同而产生的膜片2的状态差异的、膜片2及其附近的示意性局部放大剖视图。
第1阀1具有圆形的膜片2。膜片2为由具有圆形形状的金属制的薄板构成的隔膜。膜片2的两个主面中的一个面面向气体流路，另一面面向与外部气体相连通的空间。因而，气体和外部气体之间被膜片2隔离开。膜片2的外周部固定在相对于包含座面的平面即落座平面隔开规定距离的基准位置。具体地讲，膜片2的外周部被无间隙地固定于其他构件。优选的是，膜片2和其他构件之间的固定部分利用垫片或其他手段保持气密，以防止气体泄漏。优选的是，在膜片2的比固定部分稍微靠内侧的位置设有曲折部2a，该曲折部2a用于使通过膜片2的变形来实现的第1阀1的开闭动作以及阀门开度的调整(增减)变容易。
膜片2优选由不锈钢等耐腐蚀性金属的薄板构成。由此，能够使用第1阀1来控制对金属具有腐蚀性的气体的流量。构成膜片2的金属制的薄板的厚度优选为0.2mm以上且为0.5mm以下。膜片2的厚度为0.2mm以上时，膜片2的强度充足，为0.5mm以下时，由按压部件引起的膜片2的变形(驱动)较容易。膜片2的厚度更优选为0.3mm以上且为0.4mm以下。
第1阀1具有阀座5，该阀座5由与膜片2同轴状地配置的筒状构件构成，而且，在筒状构件的靠膜片2侧的端面形成有座面5a，该座面5a为供膜片2落座的、具有环状形状的平面。构成阀座5的筒状构件的形状只要满足座面5a为具有环状形状的平面，就不受特殊限定。例如，筒状构件的形状也可以是圆筒形或圆台筒形。或也可以像图1所示的那样，利用圆筒状构件和圆台筒状构件的组合来构成筒状构件。
在阀座5的外侧划定有成为气体的初级侧流路4的空间，在阀座5的内侧划定有成为次级侧流路3的空间。气体经初级侧流路4流入到第1阀1，并经次级侧流路3从第1阀1向外部流出。初级侧流路4和次级侧流路3的形状均优选为这样的形状：尽可能地扩宽流路面积并尽可能地减少曲折部以减少气体的流体阻力。初级侧流路4和次级侧流路3例如能够由通过机械加工在构成第1阀1的构件打通的孔来构成。
第1阀1的开闭动作通过使膜片2的表面与阀座5的座面5a相接触或使膜片2的表面从阀座5的座面5a离开来进行。在膜片2的表面离开阀座5的座面5a时，在膜片2的表面与环状的座面5a之间形成大致一定的距离d的间隙。在第1阀1的初级侧压力P1与次级侧压力P2之间的压力差ΔP1一定时，在第1阀1中流动的气体的流量取决于间隙的距离d与座面5a的周长l之积即间隙的截面面积S(＝l×d)。
如上所述，间隙的距离d由膜片2的按压构件6的可动范围大小来决定，因此，要扩大距离d并不容易。第1阀1的阀座5的座面5a具有环状形状。通过将座面5a的形状做成环状，能够实现第1阀1的可靠的开闭动作。而且，优选的是，将阀座5的座面5a扩大至膜片2的平坦部(比曲折部2a靠中心侧的较平坦的部分)的周缘附近。由此，能够使座面5a的周长l和间隙的截面面积S为最大。
在膜片2的表面与阀座5的座面5a相接触时，初级侧流路4和次级侧流路3之间在座面5a的位置被切断，气体无法流动。将此时的比座面5a靠上游侧的气体流路称为初级侧流路4，将比座面5a靠下游侧的气体流路称为次级侧流路3。如图1所例示，初级侧流路4不仅由通过机械加工在构成第1阀1的构件打通的孔形成，还能由构成阀座5的筒状构件的外侧表面形成。另外，次级侧流路3不仅由通过机械加工在构成第1阀1的构件打通的孔形成，还能由构成阀座5的筒状构件的内侧的空间(孔)形成。
如图1所例示，阀座5的座面5a能够设于构成阀座的筒状构件的靠膜片2侧的端面。座面5a为了确保与膜片2之间的密合性而设置在同一平面上。
第1阀1具有按压构件6，该按压构件6构成为将膜片2向靠近座面5a的方向按压。按压构件6只要具有被驱动机构所驱动而将膜片2向靠近座面5a的方向按压的作用，就也可以是任意结构。例如，如图1所例示，按压构件6也可以具有与阀座5的座面5a的形状相对应的呈环状的凸部6a。具有上述这样的形状的按压构件6能够利用凸部6a可靠地将膜片2按压于阀座5的座面5a，因此较为优选。驱动按压构件6的驱动机构能够包括例如由电压信号驱动的压电元件或由电流信号驱动的螺线管这些任一部件。上述这些部件能够与信号强度相应地控制间隙的距离d，因此较为优选。
如上所述，膜片2的外周部固定在相对于包含座面5a的平面即落座平面隔开规定距离的基准位置。基准位置相对于落座平面的距离例如能够根据在第1阀1的阀门开度为全开时所算出的气体流量等适当地确定。按压构件6构成为：通过按压膜片2，变更膜片2与座面5a之间的距离，来变更第1阀1的阀门开度。
第1阀1还具有支承构件7，该支承构件7构成为：在第1开度范围内与膜片2相接触，从而阻碍膜片2向次级侧流路3侧的变形，该第1开度范围是第1阀1的阀门开度的从全开至全闭的范围即整个开度范围中的至少一部分阀门开度范围。支承构件7构成为：在向落座平面的垂直投影图中，支承构件7在第1开度范围内与膜片2相接触的面即支承面7a位于座面5a的环状形状的中心即落座中心与座面5a之间的区域。
如上所述，次级侧流路3由于与半导体制造装置相连接，因此有时成为接近真空的压力。在这样的情况下，现有技术的隔膜阀(现有阀)中，因设有按压构件6的那侧的压力P0(例如大气压)与次级侧流路3侧的气体的压力P2之间的压力差ΔP2，使得膜片2的中心部以向次级侧流路3侧凸出的方式变形(膨胀)。在该影响下，如参照图10和图11所说明的那样，导致间隙的距离d缩短，气体流量超出预料地下降。
另一方面，采用第1阀1，由于上述的膜片2向次级侧流路侧的变形(膨胀)被支承构件7阻碍，因此，能够降低间隙的距离d的减小程度以及气体流量的下降程度。使用图2所示的局部放大剖视图来更详细地说明第1阀1中的支承构件7的作用。在膜片2的两侧的压力差ΔP2不大(足够小)时，如图2中用粗实线所示的那样，膜片2的形状较为平坦。此时的膜片2的表面与阀座5的座面5a之间的间隙的距离为用符号d表示的距离。而且，当将具有环状形状的座面5a的半径设为r时，座面5a的周长l等于2πr。因而，间隙的截面面积S为2πr×d。通过利用未图示的驱动机构驱动按压构件6来按压膜片2使之靠近阀座5的座面5a，从而，能够以膜片2保持平坦形状的状态改变间隙的距离d。
另一方面，例如，当因次级侧流路3的压力P2的下降等使得靠按压构件6侧的压力P0与次级侧流路3的压力P2之差变大时(当压力差ΔP2变大时)，膜片2会像图2中用粗虚线表示的那样地变形膨胀。然而，第1阀1中，当变形膨胀的膜片2的表面与支承构件7的顶端(支承面7a)相接触时，膜片2就无法再继续变形。其结果，压力差ΔP2较大时的第1阀1中的间隙的距离d大于现有阀10中的在压力差ΔP2较大时的间隙的距离d(参照图2和图11中的粗虚线)。即，采用第1阀1，能够降低间隙的距离d的减少程度以及随之带来的气体流量的下降程度。
另外，该技术领域中，公知有一种隔膜阀，该隔膜阀以防止膜片的过度变形为目的设有突出部，该突出部配设为与膜片的同按压构件所在侧相反的那侧的表面的中央部相接触(例如参照专利文献3)。而且，公知有一种隔膜阀，该隔膜阀以在膜片从全开状态向全闭状态变形的过程中的后半段使抗衡按压构件的按压力的恢复力变大为目的设有止挡件，该止挡件配设为与膜片的同按压构件所在侧相反的那侧的表面的中央部相接触(例如参照专利文献4)。
考虑通过像上述那样地以与膜片2的中央部相接触的方式设置支承构件，也能够在某种程度上阻碍因膜片2的两侧的压力差ΔP2导致的膜片2的变形。然而，通过使支承构件仅与膜片的中央部接触来支承膜片，在压力差ΔP2较大的情况下，仍然存在下述可能：在膜片的中央部与周缘部之间，膜片挠曲，难以降低间隙的距离d的减少程度。该问题在以增大隔膜阀的最大流量为目的使阀座的座面大径化的情况下变得更为显著。
然而，第1阀1所具有的支承构件7构成为：在向落座平面的垂直投影图中，支承构件7在第1开度范围内与膜片2相接触的面即支承面7a位于座面5a的环状形状的中心即落座中心与座面5a之间的区域。由此，能够可靠地防止膜片2在膜片2的中心与周缘部之间挠曲，能够可靠地降低间隙的距离d的减少程度。
第2实施方式
如上所述，第1阀1中，通过使以向次级侧流路侧凸出的方式变形(膨胀)了的膜片2的表面与支承构件7的支承面7a相接触，能够防止膜片2的进一步变形，能够降低间隙的距离d的减少程度以及随之带来的气体流量的下降程度。
然而，当支承面7a处于与包含座面5a的平面即落座平面相比距膜片2较近的位置时，在要使隔膜阀1关闭时，支承面7a相比于阀座5的座面5a过早地与膜片2相接触。因此，例如，会妨碍膜片2落座于座面5a，或使膜片2产生超出预料的曲折，从而对气体流量造成不期望的影响。相反地，当支承面7a处于与座面5a相比距膜片2较远的位置(即靠次级侧流路侧)时，无法充分地发挥阻碍膜片2变形的效果。因而，优选的是，能与膜片2相接触的支承构件7的支承面7a的位置位于与阀座5的座面5a相同的平面上。
为此，本发明的第2实施方式的隔膜阀(下面有时称为“第2阀”)中，支承面7a包含于落座平面。换言之，如图2所示，第2阀中，能与膜片2相接触的支承构件7的支承面7a位于与阀座5的座面5a相同的平面上。而且，图2所示的例子中，位置2b为膜片2的能与支承构件7的支承面7a相接触的位置。
采用第2阀，能够避免支承面7a相比于阀座5的座面5a过早地与膜片2相接触而对气体流量造成不期望的影响，并且，能够充分地发挥阻碍膜片2变形的效果，能够可靠地降低间隙的距离d的减少程度。
而且，本发明中，“相同的平面上”的意思未必是位于几何学意义上的完全相同的平面上，能够允许在本发明的实施中的构件的制造工序中无法避免的尺寸公差。
第3实施方式
另外，第2阀中，如上所述，能与膜片2相接触的支承构件7的支承面7a位于与阀座5的座面5a相同的平面上。由此，能够避免支承面7a相比于阀座5的座面5a过早地与膜片2相接触而对气体流量造成不期望的影响，并且，能够充分地发挥阻碍因压力差ΔP2导致的膜片2的变形的效果，能够可靠地降低间隙的距离d的减少程度。
然而，由于支承面7a位于与座面5a相同的平面上，因此，除了第2阀处于全闭状态的情况之外，膜片2在与支承面7a相接触之前，都能够以向次级侧流路侧凸出的方式变形。因而，为了更可靠地降低因膜片2的两侧的压力差ΔP2导致的膜片2的变形所带来的间隙的距离d的减少程度，需要更可靠地减少全闭状态以外的状态下的膜片2的变形。
为此，本发明的第3实施方式的隔膜阀(下面有时称为“第3阀”)中，以下述方式构成了按压构件：该按压构件的至少与支承面相对的区域的表面即相对面位于与同座面相对的区域的表面相同的平面上。上述这样的按压构件的具体形状不受特殊限定，例如，也可以是，按压构件的靠膜片侧的表面为与膜片的表面平行地相对的平面。或在按压构件具有与上述那样的阀座的座面的形状相对应的环状凸部的情况下，也可以是，在按压构件的靠膜片侧的表面设有另外的凸部，该另外的凸部在与上述凸部的同膜片相对的面相同的平面上具有峰面(日文：頂面)。
而且，支承构件构成为：具有施力构件，该施力构件向按压构件侧对支承面施力，利用施力构件的施力将膜片夹在支承面与相对面之间。施力构件的结构只要能够抗衡膜片按压支承面的力(按压力)，并向按压构件侧对支承面施力从而将膜片夹在支承面和相对面之间，就不受特殊限定。例如，也可以是，施力构件由弹性材料构成，并构成为：通过对支承构件的与按压构件所在侧相反那侧的端面进行按压，从而对整个支承构件向按压构件侧施力。该情况下，支承构件构成为：能够在阀座的内部空间，沿在上述落座中心与上述落座平面正交的轴线即落座轴线的方向(即隔膜阀在按压构件的作用下进行的开闭动作的方向)移动。施力构件的具体结构的其他例子将在后面对本发明的其他实施方式的说明中叙述。
图3是表示第3阀的膜片及其附近的结构的一例的示意性局部放大剖视图。该例所示的按压构件6中，在按压构件6的与支承构件7的支承面7a相对的表面设有相对面6b。该相对面6b的峰面构成为：位于与凸部6a的峰面相同的平面上，该凸部6a设于按压构件6的与阀座5的座面5a相对的表面。另一方面，支承构件7构成为能够沿着阀座5的内部空间即次级侧流路的内壁在落座轴线8的方向上移动。而且，在支承构件7的与按压构件6所在侧相反的那侧配设有作为施力构件7b的弹簧，由此，(支承构件7的)支承面7a以靠近按压构件6的方式被施力。
采用上述这样的结构，第3阀中，无论阀门开度如何，都能够利用施力构件7b的施力，将膜片2夹在支承面7a与相对面6b之间且保持该膜片2。因而，不仅与现有技术的隔膜阀(现有阀)相比，与上述的第1阀或第2阀相比，也能够更可靠地降低因膜片2的两侧的压力差ΔP2导致的膜片2向次级侧流路侧的变形所带来的间隙的距离d的减少程度。
第4实施方式
如上所述，第1阀1所具有的支承构件7构成为：在向落座平面的垂直投影图中，支承构件7在第1开度范围内与膜片2相接触的面即支承面7a位于座面5a的环状形状的中心即落座中心与座面5a之间的区域。由此，能够可靠地防止膜片2在膜片2的中心与周缘部之间挠曲，能够可靠地降低间隙的距离d的减少程度。
本发明的发明人继续进一步的研究后结果发现，通过以在向落座平面的垂直投影图中，支承面7a位于落座中心与座面5a之间的区域的规定范围的方式构成支承构件7，能够更可靠地防止膜片2在膜片2的中心与周缘部之间挠曲。
为此，本发明的第4实施方式的隔膜阀(下面有时称为“第4阀”)中构成为：在上述的向落座平面的垂直投影图中，在将座面的环状形状的外半径和内半径的平均值即平均半径设为r的情况下，支承面在座面的环状形状的径向上的中心(支承面中心)位于距上述落座中心的距离为0.5r以上且为0.8r以下的区域。
在上述的对第1阀1的说明中所参照的图2中，上述的平均半径r以及距落座中心(图2中为落座轴线8)的各个距离(0.5r和0.8r)分别用双箭头来表示。在向落座平面的垂直投影图中的从落座中心至上述“支承面中心”之间的距离(支承距离)大于或等于0.5r时，能够更有效地防止上述的因压力差ΔP2导致的膜片2的变形。相反地，在该距离小于0.5r时，由于与支承构件7相接触的支承面7a的位置距膜片2的中心(落座中心、落座轴线8)较近，因此，存在膜片2的中心与周缘部之间的部分挠曲变形的可能。
另外，在支承距离大于0.8r时，由于支承面7a的位置距阀座5的座面5a较近，因此，下述这样的可能性较高：从初级侧流路4经过间隙流入到次级侧流路3的气体的流动因支承构件7的存在而被阻碍或被打乱从而导致流体阻力升高，容量系数(Cv值)变大。另一方面，在支承距离小于或等于0.8r时，与上述情况相比，支承面7a的位置距阀座5的座面5a较近，因此能够减轻上述问题。因而，上述支承距离优选为处于0.5r以上且为0.8r以下的范围。该范围更优选为0.6r以上且为0.7r以下。
而且，本发明中，“座面的平均半径r”是指上述那样的、座面5a的环状形状的外半径和内半径的平均值。换言之，在座面5a在半径方向上具有宽度的情况下，平均半径r指的是该宽度的中央处的半径。关于“支承面中心”也为同样，在支承面7a在半径方向上具有宽度的情况下，“支承面中心”指的是支承面在座面5a的环状形状的径向上的中心。
支承构件
在此，针对本发明的各种实施方式的隔膜阀(本发明阀)所具有的支承构件7的优选实施方式，下面将参照附图来详细地说明。
支承构件的结构例1
本发明的一优选实施方式中，支承构件由包含落座轴线的一个或两个以上的平板状构件构成，落座轴线即为在上述落座中心处与上述落座平面正交的轴线。
图4是表示上述实施方式的支承构件7的形状的示意性立体图。该立体图所示的例子中，支承构件7具有这样的形状：四块平板状构件以相邻的平板状构件彼此成90度的角度的方式，以共同的轴线为中心呈放射状连接起来。即，构成支承构件7的四个平板状构件具有共同的轴线，支承构件7以该轴线与上述落座轴线8一致的方式组装在阀座5的次级侧流路3中的规定位置。支承构件7向阀座5的固定和定位例如能够通过将缺口部7c嵌入阀座5的内径等公知方法来进行。
图4所例示的支承构件7构成为：其四个平面状构件的端部7a能与膜片2相接触。而且，由于各平板状构件以包含落座轴线8的方式配置，因此，平板状构件与从间隙流入到次级侧流路3的气体的流动方向平行，不会较大程度地阻碍该气体的流动。即，通过具有上述这样的结构，能够降低从初级侧流路4经过间隙流入到次级侧流路3的气体的流动因支承构件7的存在而被阻碍或被打乱而导致流体阻力升高、容量系数(Cv值)变大的可能。
而且，图4所示的例子中，构成支承构件7的四个平板状构件的靠膜片2侧的端部的靠落座轴线8侧的区域(靠膜片2的中心侧的区域)被切除。由此，能够构成为：在向落座平面的垂直投影图中，支承构件7在第1开度范围内与膜片2相接触的面即支承面7a位于座面5a的环状形状的中心即落座中心与座面5a之间的区域。
而且，通过像上述那样地，四个平板状构件的靠膜片2侧的端部的靠落座轴线8侧的区域被切除，从而，能够减少与刚刚从初级侧流路4经过间隙流入到次级侧流路3之后的气体相接触的支承构件的表面积。其结果，能够降低因支承构件7所造成的流体阻力增大而带来的该隔膜阀的容量系数(Cv值)的减小程度。
而且，图4所示的例子中，四块平板状构件以相邻的平板状构件彼此成90度的角度的方式，以共同的轴线为中心呈放射状连接起来。然而，构成支承构件7的平板状构件的数量和配置只要能够减少因膜片2的两侧的压力差ΔP2导致的膜片2的变形，就不限定于上述内容。
支承构件的结构例2
支承构件的结构并不限定于图4所例示的那样的结构，只要能够有效地阻碍因膜片2的两侧的压力差ΔP2导致的膜片2的变形，支承构件就能够具有多种多样的结构。例如，支承构件的支承面能够具有在向落座平面的垂直投影图中与座面同轴状地形成的环状形状。
例如，在构成阀座的筒状构件由与膜片同轴状地配置的圆筒状构件和/或圆台筒状构件构成的情况下，也可以是，支承构件由与筒状构件同轴状地配置的圆筒状构件和/或圆台筒状构件构成。该情况下，优选的是，在构成支承构件的圆筒状构件或圆台筒状构件的侧面形成有贯通孔，以防止从间隙流入到次级侧流路的气体的流动被较大程度地阻碍。
图5是表示上述实施方式的支承构件7的形状的示意性立体图。该立体图中，支承构件7由倒圆台筒状构件7d和圆筒状构件7e构成，并构成为：倒圆台筒状构件7d的一端部作为能与膜片2相接触的支承面7a发挥功能。在倒圆台筒状构件7d的侧面形成有多个贯通孔7f，以防止从间隙流入到次级侧流路3的气体的流动被较大程度地阻碍。而且，圆筒状构件7e构成为：与倒圆台筒状构件7d的同支承面7a所在侧相反的那侧的端部相连续地设置，且能够组装在未图示的阀座5的次级侧流路3的规定位置。
而且，支承构件7的主要部分既可以由图5所例示的那样的倒圆台筒状构件7d和圆筒状构件7e的组合来构成，或也可以由具有与阀座5的次级侧流路3相同的直径的圆筒状构件构成。由于上述这样的实施方式的支承构件7整体形成为一体，因此能够更可靠地防止膜片2的变形。
支承构件的结构例3
图5所例示的支承构件7利用倒圆台筒状构件7d的侧面的未形成有贯通孔7f的部分来支承具有支承面7a的倒圆台筒状的部分。然而，只要能够有效地防止膜片2的变形，则用于支承具有支承面7a的部分的构造不限定于上述内容。
例如，图6是表示本发明的又一实施方式的支承构件的结构的一例的示意性立体图。图6所例示的支承构件7中，具有与膜片2相对的支承面7a的圆筒状构件7g和另一圆筒状构件7e借助多个线状构件7h(粗实线)连结起来，该多个线状构件7h在圆筒状构件7g和圆筒状构件7e这两个圆筒状构件之间配置成圆台筒状。这些线状构件7h由能够支承圆筒状构件7g并能够有效地防止膜片2变形的材料构成。作为这样的线状构件7h的具体例，能够举出例如棒钢等钢材。
采用上述结构，能够确保较大的贯通孔7f，因此，能够有效地降低从间隙流入到次级侧流路的气体的流动被阻碍或被打乱而导致流体阻力升高、容量系数(Cv值)变大的可能。具有这样的结构的支承构件7也相当于由圆筒状构件和/或圆台筒状构件构成的支承构件的一例。
支承构件的结构例4
另外，如上所述，本发明的隔膜阀(本发明阀)所具有的支承构件能够具有向按压构件侧对支承面施力的施力构件。如参照图3对本发明的第3实施方式的隔膜阀(第3阀)说明的那样，该施力构件能够由配设在支承构件的与按压构件所在侧相反的那侧的、作为施力构件的弹性体(例如弹簧等)构成。然而，具有施力构件的支承构件的结构只要能够对支承面施力使之靠近按压构件，就不限定于上述内容。
例如，图4所例示的结构例1中，也可以利用能够弹性变形的弹簧钢等材料形成用于构成支承构件7的多个平板状构件。该情况下，通过平板状构件弹性挠曲，能够对支承面7a施力使之靠近按压构件。而且，图6所例示的结构例3中，也可以利用能够弹性变形的弹簧钢等材料形成线状构件7h。该情况下，支承面7a被按压，线状构件7h弹性挠曲，由此，能够对支承面7a施力使之靠近按压构件。
支承构件的结构例5
图7是表示本发明的具有施力构件的支承构件的一实施方式的示意性立体图。图7所例示的支承构件7中，通过设置多处从形成于倒圆台筒状构件7d的侧面的多个贯通孔7f通向支承面7a的缝隙7j，从而使环状的支承面7a被分割成多个部分，除了这一点之外，其他方面具有与图5所例示的支承构件7同样的结构。而且，优选的是，倒圆台筒状构件7d的侧面由上述那样的能够弹性变形的弹簧钢等材料形成。采用上述结构，通过在支承面7a被按压时倒圆台筒状构件7d的侧面弹性挠曲，能够对支承面7a施力使之靠近按压构件。
支承构件的结构例6
图8是表示本发明的具有施力构件的支承构件的又一实施方式的示意性立体图。图8所例示的支承构件7中，除了将具有与膜片2相对的支承面7a的圆筒状构件7g和圆筒状构件7e之间连结起来的多个线状构件7h(粗实线)的形状和配置不同这一点之外，其他方面具有与图6所例示的支承构件7同样的结构。具体地讲，图6所例示的支承构件7中，线状构件7h具有相当于圆筒状构件7g与圆筒状构件7e之间的呈圆台筒状的形状的母线的直线状的形状。相对于此，图8所例示的构成支承构件7的线状构件7h具有相对于上述母线倾斜的曲线状的形状。而且，优选的是，线状构件7h由上述那样的能够弹性变形的弹簧钢等材料形成。
通过像上述那样地构成线状构件7h，与图6所示的线状构件7h的结构相比，在支承面7a被按压时，能够更容易且顺利地使线状构件7h弹性变形。采用该结构，通过在支承面7a被按压时线状构件7h弹性挠曲，能够对支承面7a施力使之靠近按压构件。
第5实施方式
如在开头所述的那样，本发明不仅涉及隔膜阀，还涉及使用本发明的隔膜阀的质量流量控制装置。本发明的第5实施方式的质量流量控制装置(下面有时称为“第5装置”)为具有流量传感器和上述本发明的各种实施方式中的任意实施方式的隔膜阀(本发明阀)的质量流量控制装置。
图9是表示第5装置的结构的一例的示意性框图。图9是表示第5装置100的结构要素的逻辑关系的示意图，其并不表示各结构要素的物理位置关系。如图9所示，第5装置100具有本发明阀110和流量传感器120。图9所例示的第5装置100除了具有上述结构要素之外，还具有：流路130，其供作为质量流量控制的对象的气体流动；驱动机构140，其构成为用于驱动本发明阀110所具有的未图示的按压构件；及控制部150，其基于由流量传感器120检测到的气体流量来控制驱动机构140。
流量传感器120只要能够检测在流路130中流动的气体的质量流量，就不受特殊限定。作为这样的流量传感器120的具体例，能够举出例如热式流量传感器、压力式流量传感器和差压式流量传感器等。这些流量传感器的结构和动作在该技术领域中为公知内容，因此省略在此的说明。
驱动机构140只要能够驱动按压构件，控制本发明阀110的阀门开度，就不受特殊限定。作为这样的驱动机构140的具体例，能够举出像上述那样的例如由电压信号驱动的压电元件以及由电流信号驱动的螺线管等。
控制部150构成为：通过向驱动机构140输出控制信号Sc来控制本发明阀110的阀门开度，以使基于从流量传感器120输出的检测信号Sd计算出来的气体的质量流量与被设定为目标值的设定流量一致。作为上述这样的控制部150的功能，例如能够通过电子控制装置(ECU：Electric Control Unit)来实现。ECU具有微型计算机作为主要部分，且具有用于接收来自流量传感器120的检测信号Sd的输入端口以及用于发送传向驱动机构140的控制信号Sc的输出端口等。
如上所述，采用本发明阀110，未图示的膜片向次级侧流路侧的变形(膨胀)被支承构件所阻碍，因此，即使在膜片两侧的压力差ΔP2较大的情况下也能够降低间隙的距离d的减小程度以及气体流量的下降程度。
因而，例如，即使在像上述那样地初级侧流路的气体的压力P1和次级侧流路的气体的压力P2均较低，膜片的靠驱动机构侧的压力P0与大气压相等的情况下，也能够防止气体流量的下降。其结果，采用第5装置100，即使在次级侧流路直接与半导体制造装置的腔室相连结这样的状况下，也能够将平衡蒸气压较低的气体以大流量稳定地向半导体制造装置供给。
附图标记说明
1、隔膜阀(本发明)；2、膜片；2a、曲折部；2b、能与支承构件的支承面相接触的位置；3、次级侧流路；4、初级侧流路；5、阀座；5a、座面；6、按压构件；6a、凸部；6b、相对面；7、支承构件；7a、支承面；7b、施力构件；7c、与阀座的接合部(缺口部)；7d、倒圆台筒状构件；7e、圆筒状构件；7f、贯通孔；7g、圆筒状构件；7h、线状构件；7j、缝隙；8、落座轴线；10、隔膜阀(现有技术)；100、质量流量控制装置(本发明)；110、隔膜阀(本发明)；120、流量传感器；130、流路；140、驱动机构；150、控制部；d、间隙的距离；r、座面的平均半径；Sd、检测信号；Sc、控制信号。

Claims (8)

1.一种隔膜阀，该隔膜阀具有：
膜片，其为圆形；
阀座，其由与所述膜片同轴状地配置的筒状构件构成，且供所述膜片落座的、具有环状形状的平面即座面形成于所述筒状构件的靠所述膜片侧的端面；
初级侧流路，其为位于所述阀座的外侧的空间；
次级侧流路，其为位于所述阀座的内侧的空间；及
按压构件，其构成为将所述膜片向靠近所述座面的方向按压，
所述膜片的外周部固定在相对于包含座面的平面即落座平面隔开规定距离的基准位置，
所述按压构件构成为：通过按压所述膜片，从而变更所述膜片与所述座面之间的距离，来变更阀门开度，其中，
该隔膜阀还具有支承构件，该支承构件构成为：在第1开度范围内与所述膜片相接触，从而阻碍所述膜片向所述次级侧流路侧的变形，该第1开度范围是所述隔膜阀的阀门开度的从全开至全闭的范围即整个开度范围中的至少一部分阀门开度范围，
所述支承构件构成为：在向所述落座平面的垂直投影图中，所述支承构件在所述第1开度范围内与所述膜片相接触的面即支承面位于所述座面的环状形状的中心即落座中心与所述座面之间的区域。
2.根据权利要求1所述的隔膜阀，其中，
所述支承面包含于所述落座平面。
3.根据权利要求1所述的隔膜阀，其中，
所述按压构件构成为：其至少与所述支承面相对的区域的表面即相对面位于与同所述座面相对的区域的表面相同的平面上，
所述支承构件构成为：
具有施力构件，该施力构件向所述按压构件侧对所述支承面施力，
利用所述施力构件的施力将所述膜片夹在所述支承面与所述相对面之间。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的隔膜阀，其中，
所述支承构件构成为：在向所述落座平面的垂直投影图中，在将所述座面的环状形状的外半径和内半径的平均值即平均半径设为r的情况下，所述支承面在所述座面的环状形状的径向上的中心位于距所述落座中心的距离为0.5r以上且为0.8r以下的区域。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的隔膜阀，其中，
所述支承构件由包含落座轴线的一个或两个以上的平板状构件构成，该落座轴线为在所述落座中心处与所述落座平面正交的轴线。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的隔膜阀，其中，
在向所述落座平面的垂直投影图中，所述支承面具有与所述座面同轴状地形成的环状形状。
7.根据权利要求6所述的隔膜阀，其中，
构成所述阀座的所述筒状构件由与所述膜片同轴状地配置的圆筒状构件和/或圆台筒状构件构成，
所述支承构件由与所述筒状构件同轴状地配置的圆筒状构件和/或圆台筒状构件构成，
在构成所述支承构件的所述圆筒状构件或所述圆台筒状构件的侧面形成有贯通孔。
8.一种质量流量控制装置，其中，
该质量流量控制装置具有：
流量传感器；及
权利要求1～7中任一项所述的隔膜阀。
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