JP2001027333A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ノーマリィクローズ型の流量制御弁におい
て、パーティクルの発生を防止するとともに、精度の良
いガスの流量制御を行うことが可能な流量制御弁を提供
する。 【解決手段】 ブロック本体Ｂに設けられ、ガス導入路
４およびガス導出路５が接続された開口部１に、下から
順に、ガス導入路と連通する貫通孔１１を中央に有する
下部１２および筒状に形成された上部１３からなるガイ
ドブロック６と、上部１３の内側底部に配置される弾性
部材７と、この弾性部材７の上側に配置され、弾性部材
７によって上方に付勢されるとともに、上下に貫通し、
かつ前記貫通孔１１の真上に位置しないガス流路１７を
有するノズルブロック８と、ガイドブロックの上側に位
置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔１１の真上に位置
するオリフィス１９を中央に有するオリフィスブロック
９が設け、さらに、その上側に位置するダイヤフラム２
６構造の押圧部材を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばガスの流
量を制御するマスフローコントローラなどに用いられる
ノーマリィクローズ型（常時閉路型）の流量制御弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のノーマリィクローズ型の
流量制御弁の構成を概略的に示す縦断面図である。従来
のノーマリィクローズ型の流量制御弁は、以下のように
構成されている。すなわち、ブロック本体Ｂに設けら
れ、ガス導入路４およびガス導出路５が底部あるいは側
部に接続される開口部１に、下から順に、前記ガス導入
路４と連通する貫通孔１１を中央に有する下部１２およ
びこの下部１２の上面に連設される筒状に形成された上
部１３からなるガイドブロック６と、前記上部１３の内
側底部に配置される弾性部材７と、この弾性部材７の上
側に配置され、弾性部材７によって上方に付勢されると
ともに、上下に貫通し、かつ前記貫通孔１１の真上に位
置しないガス流路１７を有するノズルブロック８と、前
記ガイドブロック８の上側に位置し、上下に貫通し、か
つ前記貫通孔１１の真上に位置するオリフィス１９を中
央に有するオリフィスブロック９が設けられており、さ
らに、このオリフィスブロック９の上側に位置し、中央
にプランジャ部２５を有するダイヤフラム構造の押圧部
材３１が設けられており、また、前記オリフィス１９を
貫通し、前記押圧部材３１により下方へ押圧される押圧
ピン１０が設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成からなるノ
ーマリィクローズ型の流量制御弁において、押圧ピン部
１０の側壁とオリフィス１９の内壁との間には、０．０
５ｍｍ程度の幅しかなく、また、前記押圧ピン部１０
は、ノズルブロック８の上面に載置されているだけで固
定されていなかったので、ノズルブロック８の上面に対
してズレることがあった。これは、ノズルブロック８と
ガイドブロック６の上部１３との関係についても同様で
ある。このようなことに加えて、前記ノズルブロック８
の押し下げが、押圧部材３と押圧ピン部１０、押圧ピン
部１０とノズルブロック８の二点接触によって行われて
いたため、安定性が悪いものとなっていた。

【０００４】そのため、前記押圧部材３の押圧によっ
て、押圧ピン１０およびノズルブロック８が上下に移動
すると、前記オリフィスブロック９の内壁、前記上部１
３の内壁に対して、それぞれ押圧ピン１０の側壁、ノズ
ルブロック８の側壁が接触し、摩擦が生じることによ
り、パーティクル（微粒子状のかす）が発生し、このパ
ーティクルがガスに混入して、下流側に設けられた半導
体素子の上に載ったりするとショートとなり好ましいも
のではなかった。

【０００５】また、前記摩擦の発生を防止するために、
押圧ピン１０やノズルブロック８の径を小さく構成する
と、それぞれをオリフィス１９内および上部１３内にお
いて、前後左右に傾かせずに保持および上下移動させる
ことがさらに難しくなり、このことから、押圧部材３に
よるノズルブロック８および押圧ピン１０の押圧に関す
る制御を精度良く行えなくなる。従って、ガス導出口５
から導出するガスの流量制御は、前記ノズルブロック８
を上下移動させることで行うが、この上下移動の制御の
精度が低下することは、ガスの流量制御の精度が低下す
ることにもなる。

【０００６】この発明は上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的は、ノーマリィクローズ型の流量制御
弁において、パーティクルの発生を防止するとともに、
精度の良いガスの流量制御を行うことが可能な流量制御
弁を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の流量制御弁は、ブロック本体に設けら
れ、ガス導入路およびガス導出路が底部あるいは側部に
接続された開口部に、下から順に、前記ガス導入路と連
通する貫通孔を中央に有する下部およびこの下部の上面
に連設される筒状に形成された上部からなるガイドブロ
ックと、前記上部の内側底部に配置される弾性部材と、
この弾性部材の上側に配置され、弾性部材によって上方
に付勢されるとともに、上下に貫通し、かつ前記貫通孔
の真上に位置しないガス流路を有するノズルブロック
と、前記ガイドブロックの上側に位置し、上下に貫通
し、かつ前記貫通孔の真上に位置するオリフィスを中央
に有するオリフィスブロックが設けられており、さら
に、このオリフィスブロックの上側に位置し、中央にプ
ランジャ部を有するダイヤフラム構造の押圧部材が設け
られており、また、前記オリフィスを貫通し、前記押圧
部材により下方へ押圧される押圧ピンが設けられている
流量制御弁であって、前記押圧ピンとノズルブロックと
が一体形成され、前記押圧ピンの側壁と、前記ノズルブ
ロックの側壁とを、それぞれ前記オリフィスの内壁、前
記上部の内壁に接触させないようにするために、前記弾
性部材によって位置決めしている（請求項１）。

【０００８】また、ブロック本体に設けられ、ガス導入
路およびガス導出路が底部に接続された開口部に、下か
ら順に、前記ガス導入路と連通する貫通孔を中央に有す
る下部およびこの下部の上面に連設される筒状に形成さ
れた上部からなるガイドブロックと、前記上部の内側底
部に配置される弾性部材と、この弾性部材の上側に配置
され、弾性部材によって上方に付勢されるとともに、上
下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置しないガス流
路を有するノズルブロックと、前記ガイドブロックの上
側に位置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位
置するオリフィスを中央に有するオリフィスブロックが
設けられており、さらに、このオリフィスブロックの上
側に位置し、中央にプランジャ部を有するダイヤフラム
構造の押圧部材とが設けられており、また、前記オリフ
ィスを貫通する押圧ピンが設けられている流量制御弁で
あって、前記押圧ピンと押圧部材とが一体形成され、前
記ノズルブロックの側壁を前記上部の内壁に接触させな
いようにするために、前記弾性部材によって位置決めし
ているとしてもよい（請求項２）。

【０００９】上記の構成により、ノーマリィクローズ型
の流量制御弁において、パーティクルの発生を防止する
とともに、精度の良いガスの流量制御を行うことが可能
な流量制御弁を提供することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を、図を
参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施例に
係る流量制御弁Ｄの構成を概略的に示す縦断面図であ
る。流量制御弁Ｄは、外形が円柱状に形成された開口部
１内に設けられるとともに、上端が前記開口部１の上面
よりも上方に突出している弁ブロック２と、この弁ブロ
ック２の上面を覆うように設けられた押圧部材３とから
構成されている。

【００１１】前記開口部１は、ブロック本体Ｂに設けら
れたものであり、底部には、ガス導入路４と、ガス導出
路５とが接続されている。そして、前記ガス導入路４
は、開口部１の底部のほぼ中心に接続されている。尚、
前記ガス導入路４，ガス導出路５は、開口部１の側部に
接続されてもよい。

【００１２】前記弁ブロック２は、ガイドブロック６
と、弾性部材７と、ノズルブロック８と、オリフィスブ
ロック９と、押圧ピン部１０とから構成されている。

【００１３】前記ガイドブロック６は、前記ガス導入路
４と連通し、上下方向に設けられた貫通孔１１を中央に
有するほぼ円柱状の下部１２と、この下部１２の上面に
連設され、かつ外径が前記下部１２の上端と同一である
筒状に形成された上部１３とからなる。そして、前記上
部１３の内側底部には、環状突起部１４が形成されてい
る。このような構成からなるガイドブロック６の外径
は、前記開口部１の径よりも幾分小さく形成されてい
る。また、前記下部１２の底には、外径が、前記上部１
３の外径よりも小さい小径部１５が形成されている。な
お、前記ガス導出路５は、この小径部１５および前記貫
通孔１１の真下以外の位置に接続されている。

【００１４】前記弾性部材７は、たとえば平面視が円形
状の板バネであり、上下方向に形成された複数の流路
（図示せず）を有するとともに、中央に平面視が円形状
の差し込み口１６が形成されている。そして、弾性部材
７の周縁部は、前記環状突起部１４の上面に当接してお
り、この当接によって、弾性部材７は、前記下部１２の
上面から離れた状態で保持されることになる。

【００１５】前記ノズルブロック８は、上下に貫通し、
前記貫通孔１１の真上に位置しない複数のガス流路１
７、１７…を有するほぼ円柱状の部材であり、下面の中
央に小径部１８が形成されている。また、外面下部に
は、下方に向かって径が小さくなるテーパ面Ｔが形成さ
れている。

【００１６】上記の構成からなるノズルブロック８は、
前記ガイドブロック６の筒状の上部１３内側で、かつ前
記弾性部材７の上側に配置され、この弾性部材７によっ
て、常に上方へ付勢されることになる。また、前記小径
部１８が、前記弾性部材７の差し込み口１６に挿入され
た状態で保持されることにより、ノズルブロック８の中
心と前記貫通孔１１の中心とが同一直線上に位置するよ
うに位置決め（以下、センタリングという）されること
になる。なお、ノズルブロック８の外径は、前記ガイド
ブロック６の上部１３の内径よりも十分に小さく形成さ
れており、ノズルブロック８の側壁と、上部１３の内壁
とは接触することがない。

【００１７】前記オリフィスブロック９は、上下に貫通
するオリフィス１９を中央に有するほぼ円柱状の部材で
あり、外径が前記開口部１の内径とほぼ等しい大径部２
０と、この大径部２０の下端に連設される中径部２１と
からなっている。なお、この中径部２１の外径は、前記
大径部２０の外径よりも小さく、前記ガイドブロック６
の外径よりも大きく形成されている。また、オリフィス
ブロック９の上面には、平面視が円形状の凹入部２２が
設けられ、さらに、オリフィスブロック９の内部に、一
端がこの凹入部２２の周縁部に連通し、他端が前記中径
部２１の側面に連通する流路２３が形成されている。ま
た、前記オリフィスブロック９の上部は、前記開口部１
の上端よりも、上方へ突出している。

【００１８】前記押圧ピン部１０は、前記オリフィス１
９を挿通するように形成されたほぼ円柱状の部材であ
り、下端が前記ノズルブロック８の上面の中心に位置す
るようノズルブロック８に一体成形されている。なお、
前記押圧ピン部１０が、ノズルブロック８に一体成形さ
れずに、一方に雄ねじ部を、そして他方に雌ねじ部をそ
れぞれ形成して螺着させるなどの方法によって一体的に
形成されているとしてもよい。

【００１９】また、前記押圧ピン部１０の外径は、前記
オリフィス１９の径よりも十分小さく形成されており、
押圧ピン部１０の側壁と、オリフィス１９の内壁とは接
触することがない。

【００２０】前記押圧部材３は、弁ブロック押さえ部２
４と、プランジャ部２５とから構成されている。

【００２１】前記弁ブロック押さえ部２４は、内部が中
空に形成されたほぼ円筒状の部材であり、プランジャ部
２５を覆うための図示しないケースによって、下方へ付
勢されている。また、前記弁ブロック押さえ部２４は、
ダイヤフラム２６を備えており、このダイヤフラム２６
は、前記凹入部２２の上端に形成される開口を常時閉塞
する弁体として機能するもので、スレンレス鋼など耐腐
食性およびばね性に富む素材よりなる。なお、２７はシ
ール部材である。

【００２２】前記弁ブロック押さえ部２４が下方に付勢
されていることにより、上端がこの弁ブロック押さえ部
２４の下面に当接している前記オリフィスブロック９
も、下方へ付勢されることになり、また、上端がこのオ
リフィスブロック９の下面に当接しているガイドブロッ
ク６も、下方に付勢されることになる。このため、弁ブ
ロック２は、前記開口部１内に安定した状態で保持され
ることになる。さらに、前記オリフィスブロック９の下
方に位置するノズルブロック８は、前記弾性部材７によ
って上方に付勢されているため、ノズルブロック８の上
面が前記オリフィス１９の下端に当接することになり、
通常時は、オリフィス１９の下端が閉塞されることにな
る。

【００２３】前記プランジャ部２５は、ほぼ円柱状の部
材であり、下端が前記ダイヤフラム２６の上面に接続さ
れるとともに、上方には、アクチュエータとしてのピエ
ゾスタック（図示せず）が設けられており、このピエゾ
スタックに所定の電圧を印加することにより、プランジ
ャ部２５を下方へ押し下げる力が発生する。

【００２４】以下に、上記の構成からなる流量制御弁Ｄ
の動作について、流量制御弁Ｄ内を流れるガスの動きと
ともに説明する。流量制御弁Ｄによるガスの流量制御
は、前記ピエゾスタックに電圧を印加して、プランジャ
部２５を上下に移動させることで行う。すなわち、ピエ
ゾスタックに電圧が印加されていない初期状態では、前
記プランジャ部２５は、前記押圧ピン部１０を下方へ押
し下げないように保持される。従って、前記弾性部材７
により上方に付勢されているノズルブロック８の上面
が、前記オリフィス１９の下端を閉塞している状態が保
たれることになる。

【００２５】上記のような初期状態では、前記ガス導入
路４から開口部１内に導入されたガスは、ガイドブロッ
ク６の下部１２内に設けられた貫通孔１１を通り、ガイ
ドブロック６の上部１３内に進入するが、この上部１３
の下流側にあるオリフィス１９の下端は閉塞されている
ため、ガスが上部１３からオリフィス１９内へ流れるこ
とはない。

【００２６】そして、ピエゾスタックに電圧を印加した
印加状態にすると、印加した電圧の大きさに応じて、前
記プランジャ部２５が押し下げられ、この押し下げに伴
って、前記押圧ピン部１０とノズルブロック８とに、下
方向への付勢が働くことになる。この下向きの付勢と、
ノズルブロック８に加わる弾性部材７による上向きの付
勢との均衡によって、ノズルブロック８と押圧ピン部１
０の上下方向における位置決めがなされる。

【００２７】上記のような印加状態では、ノズルブロッ
ク８の上面が、前記オリフィス１９の下端を閉塞してい
る状態が解除されることになり、初期状態では、オリフ
ィス１９内に進入できなかったガスが、進入可能とな
る。オリフィス１９内に進入したガスは、その後、凹入
部２２、流路２３を通って、中径部２１の外側に至り、
さらに、開口部１の内壁と弁ブロック２の外壁の間を通
って、開口部１の底部に接続されたガス導出路５から、
開口部１の下流側へ導出されることになる。なお、ガス
導出路５から導出するガスの流量は、ノズルブロック８
の上面と、オリフィス１９の下端との離間距離を調節す
ることで行うことができ、この調節は、ノズルブロック
８と一体的に形成されている押圧ピン部１０を押し下げ
る前記プランジャ部２５のアクチュエータであるピエゾ
スタックに印加する電圧の大きさを調整することで行う
ことができる。

【００２８】なお、上記したように、前記ノズルブロッ
ク８の外面下部には、下方に向かって径が小さくなるテ
ーパ面Ｔが形成されており、従って、弾性部材７に接す
る面積は、このようなテーパ面Ｔを形成しない場合に比
べて、小さくなることになる。

【００２９】また、上記の構成からなる流量制御弁Ｄの
部材は、全てステンレスによって形成されている。

【００３０】上記の構成からなる流量制御弁Ｄにおい
て、上述のように、ノズルブロック８は弾性部材７によ
ってセンタリングされているが、このノズルブロック８
に一体的に形成されている押圧ピン部１０も同様にセン
タリングされることになる。従って、ノズルブロック８
の側壁とガイドブロック６の上部１３の内壁とが接触し
て摩擦が生じることはなく、また、押圧ピン部１０の側
壁とオリフィス１９の内壁とが接触して摩擦が生じるこ
とがないため、前記二つの摩擦を原因として生じるパー
ティクルが発生することを防止することができる。そし
て、さらには、この流量制御弁Ｄの耐久性をも向上させ
ることが可能となる。

【００３１】また、前記センタリングによって、ノズル
ブロック８および押圧ピン部１０が、静止時はもちろん
上下移動時にも、前後左右に傾くことがなく、さらに、
ノズルブロック８の上下移動が、押圧ピン部１０の上端
とプランジャ部２５の下端との一点接触のみによって行
われるため、前記上下移動を精度良く制御することがで
き、ひいてはガスの流量制御を精度良く行うことができ
る。

【００３２】さらに、前記センタリングによって、前記
押圧ピン部１０およびノズルブロック８の外径を、それ
ぞれオリフィス１９およびガイドブロック６の上部１３
の内壁に対して、十分に小さく形成しても、安定性を失
わないことから、前記押圧ピン部１０およびノズルブロ
ック８の寸法誤差の許容範囲が大きくすることができ、
コストを下げることが可能となる。

【００３３】上記の構成からなる流量制御弁Ｄを、たと
えば、流体が流れる流路に対して流路センサ部と、この
流路センサ部の下流側または上流側に設けられる制御バ
ルブと、前記流量センサ部からの流量測定信号と流量設
定信号とを比較し、この比較結果に基づいて前記制御バ
ルブの開度を制御するバルブ制御部とを備えたマスフロ
ーコントローラにおける前記制御バルブとして用いても
よい。

【００３４】図２は、本発明の第二実施例に係る流量制
御弁Ｄ₂ の構成を概略的に示す縦断面図である。なお、
上記第一実施例で示したものと同一構造の部材には、同
じ符号を付し、その説明を省略する。流量制御弁Ｄ
₂ は、上記第一実施例と構成および効果がほとんど同じ
であるが、相違点は、押圧ピン部１０が、ノズルブロッ
ク８と一体的に形成されているのではなく、プランジャ
部２５と一体的に形成されており、また、ノズルブロッ
ク８の外面下部に形成されていたテーパ面Ｔが小さくな
るとともに、ノズルブロック８の外径が、ガイドブロッ
ク６の上部１３の内壁に接触しない程度に大きくなって
おり、さらに、環状突起部１４がなくなるとともに、弾
性部材７が、中央に平面視円形状の差し込み口１６を有
する板ばねではなく、中央に平面視が円形状の嵌め込み
口１６’を有する皿バネになっていて、前記嵌め込み口
１６’に前記ノズルブロック８の底部に設けられた小径
部１８が嵌め込まれる点である。

【００３５】また、上記の構成において、ノズルブロッ
ク８の押し下げは、プランジャ部２５と一体的に形成さ
れた押圧ピン部１０の下端が、ノズルブロック８の上端
と当接し、さらに、下方へ付勢することで行われる。

【００３６】

【発明の効果】上記の構成からなる本発明の流量制御弁
によれば、ノーマリィクローズ型の流量制御弁におい
て、パーティクルの発生を防止するとともに、精度の良
いガスの流量制御を行うことが可能な流量制御弁を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る流量制御弁の構成を
概略的に示す縦断面図である。

【図２】本発明の第二実施例に係る流量制御弁の構成を
概略的に示す縦断面図である。

【図３】従来のノーマリィクローズ型の流量制御弁の構
成を概略的に示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…開口部、３…押圧部材、４…ガス導入路、５…ガス
導出路、６…ガイドブロック、７…弾性部材、８…ノズ
ルブロック、９…オリフィスブロック、１０…押圧ピ
ン、１１…貫通孔、１２…下部、１３…上部、１７…流
路、１９…オリフィス、２５…プランジャ部、２６…ダ
イヤフラム、Ｂ…ブロック本体、Ｄ…流量制御弁。

フロントページの続き (72)発明者 正田 敏 京都府京都市南区上鳥羽鉾立町11番５ 株 式会社エステック内 Ｆターム(参考） 3H052 AA01 BA35 EA16 5H307 AA20 BB01 DD18 DD20 EE02 EE07 EE12 EE20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブロック本体に設けられ、ガス導入路お
   よびガス導出路が底部あるいは側部に接続された開口部
   に、下から順に、前記ガス導入路と連通する貫通孔を中
   央に有する下部およびこの下部の上面に連設される筒状
   に形成された上部からなるガイドブロックと、前記上部
   の内側底部に配置される弾性部材と、この弾性部材の上
   側に配置され、弾性部材によって上方に付勢されるとと
   もに、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置しな
   いガス流路を有するノズルブロックと、前記ガイドブロ
   ックの上側に位置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の
   真上に位置するオリフィスを中央に有するオリフィスブ
   ロックが設けられており、さらに、このオリフィスブロ
   ックの上側に位置し、中央にプランジャ部を有するダイ
   ヤフラム構造の押圧部材が設けられており、また、前記
   オリフィスを貫通し、前記押圧部材により下方へ押圧さ
   れる押圧ピンが設けられている流量制御弁であって、前
   記押圧ピンとノズルブロックとが一体形成され、前記押
   圧ピンの側壁と、前記ノズルブロックの側壁とを、それ
   ぞれ前記オリフィスの内壁、前記上部の内壁に接触させ
   ないようにするために、前記弾性部材によって位置決め
   していることを特徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】 ブロック本体に設けられ、ガス導入路お
   よびガス導出路が底部に接続された開口部に、下から順
   に、前記ガス導入路と連通する貫通孔を中央に有する下
   部およびこの下部の上面に連設される筒状に形成された
   上部からなるガイドブロックと、前記上部の内側底部に
   配置される弾性部材と、この弾性部材の上側に配置さ
   れ、弾性部材によって上方に付勢されるとともに、上下
   に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置しないガス流路
   を有するノズルブロックと、前記ガイドブロックの上側
   に位置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置
   するオリフィスを中央に有するオリフィスブロックが設
   けられており、さらに、このオリフィスブロックの上側
   に位置し、中央にプランジャ部を有するダイヤフラム構
   造の押圧部材とが設けられており、また、前記オリフィ
   スを貫通する押圧ピンが設けられている流量制御弁であ
   って、前記押圧ピンと押圧部材とが一体形成され、前記
   ノズルブロックの側壁を前記上部の内壁に接触させない
   ようにするために、前記弾性部材によって位置決めして
   いることを特徴とする流量制御弁。