JP2002310318A - ピエゾ方式の流体制御バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組み立て、調整、リークチェック工程の簡易
化が図れるピエゾ方式の流体制御バルブを提供するこ
と。 【解決手段】 弁口１１の周囲に形成された弁座１２の
上面に弁口１１を開閉するダイアフラム１６を設けたバ
ルブ基体１とダイアフラム押さえ２７を設けてなるバル
ブ部３３と、このバルブ部を駆動して流体の流量を制御
するためのピエゾアクチュエータ３８を有する駆動部３
５とを一体化してなるモジュールを、弁ブロック２の上
面２ａ側に着脱自在に装着してあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、バルブ部と駆動
部とを一体化してなるモジュールを弁ブロックの上面側
に着脱自在に装着してある新規なピエゾ方式の流体制御
バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ガス
や気体などの流体の流量を調節するために、流体が流れ
る流路に対して流量センサを設けるとともに、この流量
センサの下流側または上流側にピエゾ方式の流体制御バ
ルブを設けてあるマスフローコントローラの前記流体制
御バルブを組み立てるにあたり、従来では、バルブ部を
構成するＯリング、ガイド、ノズル、弁口のまわりに形
成された弁座を備えたオリフィス、ピン、リテナー、Ｏ
リング、ガイド、バネ、バルブ押さえ等の多種の部材を
マスフローコントローラの弁ブロック内に組み込み、続
いて、弁ブロックに組み込まれた前記バルブ部を駆動し
て流体の流量を制御するためのピエゾアクチュエータを
有する駆動部を、前記バルブ部の上から組み込むととも
に、ピエゾアクチュエータのセット調整を行う構成を採
用しているので、前記バルブ部の組み立て作業が複雑で
あるとともに、バルブの出流れや、外部へのリークが発
生した場合、前記組み立て手順とは逆の手順で駆動部お
よびバルブ部を全て解体する解体作業ならびに再度の組
立作業が必要であるとともに、この組立作業中にピエゾ
アクチュエータのセット調整を再度行わなければなら
ず、大変な手間となっていた。

【０００３】この発明はこのような実情を考慮に入れて
なされたものであって、組み立て、調整、リークチェッ
ク工程の簡易化が図れるピエゾ方式の流体制御バルブを
提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明のピ
エゾ方式の流体制御バルブは、弁口の周囲に形成された
弁座の上面に弁口を開閉するダイアフラムを設けたバル
ブ基体とダイアフラム押さえを設けてなるバルブ部と、
このバルブ部を駆動して流体の流量を制御するためのピ
エゾアクチュエータを有する駆動部とを一体化してなる
モジュールを、弁ブロックの上面側に着脱自在に装着し
てあることを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て説明する。

【０００６】図１〜図３は、弁口および弁座（オリフィ
ス）一体型のバルブ基体を用いるとともに、このバルブ
基体のダイアフラム載置面にシール部材を設け、このシ
ール部材とシール部材押さえとでダイアフラムの外周端
を挟持するようノーマルクローズタイプに構成してある
この発明の第１の実施形態を示す。

【０００７】図１〜図３において、１は、ブロック状の
バルブ基体で、マスフローコントローラＭの弁ブロック
２の上面２ａに形成された環状溝２ｃに位置するシール
部材（メタルＯリング）３を介して四隅の締付けボルト
４によって前記上面２ａに着脱自在に固定されている。

【０００８】前記弁ブロック２は、入口ポート５と出口
ポート６を有するとともに、両ポート５，６の間に流体
流路７ａ，７ｂを有し、更に、入口ポート５に連なる流
体流路７ａは垂直流路８を有する。また、出口ポート６
に連なる流体流路７ｂも垂直流路９を有する。

【０００９】前記バルブ基体１は、中央開口部１０を有
する。この中央開口部１０には、垂直流路８に連通する
弁口１１とこの弁口１１の周囲に形成された弁座１２と
が位置するとともに、弁座１２の外周側に垂直流路９に
連通する環状流路ｉが形成されている。また、中央開口
部１０は、内周に沿って環状のダイアフラム載置面１４
を下部に有する一方、上部に前記載置面１４より大径の
環状の軸受け載置面１５を内周に沿った形で有する。更
に、前記載置面１５の上方で軸受け載置面１５の外周と
同径の内周面には内ねじｍが形成されている。

【００１０】１６は、弁口１１を開閉する平面視円形の
ダイアフラムで、弁座１２から若干離間するよう押し上
げる方向に付勢された皺になり易い薄肉の板ばねよりな
る。このダイアフラム１６は、中央から径方向外側に向
かって、押圧部分１７、開放部分１８および固定部分
（外周端）１９を順次有する。

【００１１】２０は、ダイアフラム載置面１４に載置さ
れるシール部材（メタルＯリング）である。

【００１２】２１は、シール部材１９とでダイアフラム
１６の外周端１９を挟持するシール部材押さえである。
このシール部材押さえ２１は、中央開口部１０に嵌め込
まれる。

【００１３】２２は、前記軸受け載置面１５に載置され
るリング状の軸受けで、ダイアフラム１６の組付け時に
おいてダイアフラム１６が皺になるのを防止する機能を
有する。この軸受け２２は、中央開口部１０に嵌め込ま
れる。

【００１４】２３は、シール部材押さえ２１および軸受
け２２を介してダイアフラム１６の押圧部分１７をねじ
による締付け力で固定する押さえ部材である。この押さ
え部材２３は、ほぼ筒状で、大径上部２４と小径下部２
５よりなり、小径下部２５は、下部外周面に、バルブ基
体１に形成された前記内ねじｍに螺合する外ねじｎを有
する。また、大径上部２４は、内周面に内ねじｆを有
し、内向き段差２６を介して小径下部２５に至る。

【００１５】２７は、ダイアフラム押さえで、押さえ部
材２３の小径下部２５の底部に形成された穴２８に嵌合
する大径上部２９と、ダイアフラム１６の前記押圧部分
１７を押圧する小径下部３０とよりなる。小径下部３０
は、前記押圧部分１７とほぼ同径である。また、大径上
部２９は、上面中央に、ルビーボールまたは鋼球３２が
嵌め込まれるボール設置溝３１を有する。

【００１６】そして、これらバルブ基体１、ダイアフラ
ム１６、シール部材（Ｏリング）２０、シール部材押さ
え２１、軸受け２２、押さえ部材２３、ダイアフラム押
さえ２７およびルビーボールまたは鋼球３２とでバルブ
部３３が構成されている。

【００１７】而して、弁ブロック２の上面２ａに前記シ
ール部材（メタルＯリング）３を介してバルブ部３３を
組付ける手順は以下の通りである。

【００１８】（１）バルブ基体１を上面２ａに固定し、
（２）ダイアフラム載置面１４にシール部材（Ｏリン
グ）２０を載置し、（３）ダイアフラム１６の固定部分
（外周端）１９をシール部材２０の上に載せ、（４）固
定部分（外周端）１９を介してシール部材２０をシール
部材押さえ２１で押さえ、前記載置面１５に軸受け２２
を載置し、（５）この状態で弁ブロック２の上面２ａに
シール部材３を介してバルブ基体１をボルト４によって
固定する。

【００１９】続いて、（６）押さえ部材２３をバルブ基
体１にねじ込み、これにより、ダイアフラム１６の固定
部分（外周端）１９を強固に固定できる。そして、シー
ル部材押さえ２１を介して押さえ部材２３をねじ込みむ
のではなく、シール部材押さえ２１と押さえ部材２３と
の間に軸受け２２を介してねじ込み作業を行うので、押
さえ部材２３の回転摩擦力がダイアフラム１６に伝達す
るのを防止でき、薄肉のダイアフラム１６が皺になるの
を防止できる。

【００２０】続いて、（７）ダイアフラム押さえ２７が
小径下部２５の底部に形成された穴２８に、小径下部３
０の底面がダイアフラム１６の押圧部分１７を押圧した
状態で嵌め込まれる。

【００２１】次に、前記バルブ部３３を駆動して流体の
流量を制御する駆動部３５について説明する。

【００２２】前記駆動部３５は、押さえ部材２３に螺着
される上下両端が開放された筒状のガイド３６と、この
ガイド３６および押さえ部材２３の内周面に沿って上下
動するように設けた筒状体３７と、この筒状体３７の内
部に、電圧を印加した状態で膨張変形するピエゾ素子を
複数枚積層してなるピエゾスタックを備える一方、上端
に電圧印加用リード３９を有するピエゾアクチュエータ
３８と、前記ルビーボールまたは鋼球３２を介してダイ
アフラム押さえ２７の直上に位置した状態で、前記筒状
体３７の下端に螺着される当接部材４０と、前記ガイド
３６の底部３６ａを構成する縦断面門型のばね受部４１
および前記当接部材４０間に介装され前記当接部材４０
を常時下方に付勢する押圧ばね４２と、ガイド３６の内
周面および筒状体３７の外周面間に介装され筒状体３７
の上下動時の摺動抵抗を小さくして上下動をし易くする
筒状の軸受け４３と、ピエゾアクチュエータ３８の上端
を支持するよう筒状体３７の上端外周に螺着される開度
調整部材４４と、固定ナット４５とより主としてなる。

【００２３】一方、ピエゾアクチュエータ３８の下端
は、ルビーボールまたは鋼球４６を介して前記ガイド３
６の前記ばね受部４１に保持されている。

【００２４】この実施形態では、前記ダイアフラム１６
よりも押圧ばね４２の付勢力を大に設定してあり、これ
により、前記ダイアフラム１６の付勢力に抗してダイア
フラム１６を弁座１２に押し付けて、押圧部分１７によ
って弁口１１が常時閉止されるようにしてある。

【００２５】更に、前記筒状体３７は、上部５１ａから
下部５１ｂに向かって内向きの段差５０が形成された四
つの脚部５１を下端部に有する。この脚部５１の内面お
よび外面は同心円弧状に形成されている。一方、前記ガ
イド３６は、前記ばね受部４１とともに、上下方向に貫
通する四つの貫通穴５３を底部３６ａに有する。前記貫
通穴５３に前記脚部５１が挿通されるよう筒状体３７が
ガイド３６に設置される。

【００２６】ガイド３６は、押さえ部材２３の内ねじｆ
に螺合する外ねじｇを下端外周面に有する。また、筒状
体３７の各脚部５１は、下部５１ｂの下端内周面に内ね
じｈを有する一方、この内ねじｈに螺合する外ねじｑが
当接部材４０の外周面に形成されている。

【００２７】而して、駆動部３５の組付け手順は以下の
通りである。 （８）ダイアフラム押さえ２７のボール設置溝３１にル
ビーボールまたは鋼球３２を嵌め込んでおく一方、
（９）ガイド３６に軸受け４３を圧入し、（１０）軸受
け４３を介して貫通穴５３に前記脚部５１が挿通するよ
う筒状体３７を上下動可能に挿入し、（１１）ガイド３
６底部のばね受部４１と当接部材４０の間に押圧ばね４
２を介装し、（１２）当接部材４０を脚部５１にねじ締
めし、（１３）ルビーボールまたは鋼球４６を前記ガイ
ド３６の前記ばね受部４１のボール設置溝５９に嵌込
み、（１４）ピエゾアクチュエータ３８をガイド３６の
上方開口ｓから挿入設置し、（１５）固定ナット４５を
筒状体３７に締付け、開度調整部材４４を取り付ける。
（１６）最後に、ガイド３６を押さえ部材２３に締付け
ることにより、バルブ部３３と駆動部３５とを一体化し
てなるモジュールをうることができる。

【００２８】これにより、ピエゾアクチュエータ３８の
セット調整を前記モジュールで行えことができるととも
に、弁ブロック２の上面２ａへの組み立てはシール部材
（メタルＯリング）３によるシールだけとなるので、組
み立ては簡単となる上に、リークチェックの工程の簡易
化が図れ、従来のようなバルブ部と駆動部の組み立て時
のノウハウを不要にできる。

【００２９】更に、前記モジュールで予め前記セット調
整を行っているので、流量センサと前記モジュールとで
マスフローコントローラ（完成品）を組み立てるにあた
り、前記セット調整を不要にできるとともに、輸送部品
点数を従来に比して著しく減少できるので、汎用性のあ
るピエゾ方式の流体制御バルブをうることができる。

【００３０】図４は、弁口１１および弁座（オリフィ
ス）１２一体型のバルブ基体１を用いるとともに、この
バルブ基体１におけるダイアフラム１６の載置面にシー
ル部材２０を設け、このシール部材２０とシール部材押
さえ２１とでダイアフラム１６の外周端１９を挟持する
ようノーマルオープンタイプに構成してあるこの発明の
第２の実施形態を示す。なお、図４において、図１〜図
３で示した符号と同一のものは同一または相当物であ
る。

【００３１】図５〜図７は、バルブ基体１のダイアフラ
ム載置面１４とダイアフラム固定部材６３とでダイアフ
ラム１６の外周端１９を挟持するとともに、ダイアフラ
ム固定部材６３および前記外周端１９を前記バルブ基体
１に溶接してノーマルクローズタイプに構成してあるこ
の発明の第３の実施形態を示す。なお、図５〜図７にお
いて、図１〜図４で示した符号と同一のものは同一また
は相当物である。

【００３２】この場合、上記各実施形態とは異なり、シ
ール部材（メタルＯリング）２０を使用せずに、ダイア
フラム１６をダイアフラム固定部材６３で押さえ、溶接
にてバルブ基体１に固定してある。

【００３３】図８は、弁口１１および弁座（オリフィ
ス）１２一体型のバルブ基体１を用いるとともに、バル
ブ基体１のダイアフラム載置面１４とダイアフラム固定
部材６３とでダイアフラム１６の外周端１９を挟持する
とともに、ダイアフラム固定部材６３および前記外周端
１９を前記バルブ基体１に溶接してノーマルオープンタ
イプに構成してあるこの発明の第４の実施形態を示す。
なお、図８において、図１〜図７で示した符号と同一の
ものは同一または相当物である。

【００３４】図９〜図１１は、弁口１１および弁座１２
がバルブ基体１とは別の部材７０に形成され、この別の
部材７０がバルブ基体１の所定位置に圧入により設置さ
れているとともに、バルブ基体１のダイアフラム載置面
１４とダイアフラム固定部材６３とでダイアフラム１６
の外周端１９を挟持するとともに、ダイアフラム固定部
材６３および前記外周端１９を前記バルブ基体１に溶接
してノーマルクローズタイプに構成してあるこの発明の
第５の実施形態を示す。なお、図９〜図１１において、
図１〜図８で示した符号と同一のものは同一または相当
物である。

【００３５】この場合、弁口１１および弁座１２を有す
る別の部材７０を下方からバルブ基体１の所定位置に圧
入してある。

【００３６】図１２は、弁口１１および弁座１２がバル
ブ基体１とは別の部材７０に形成され、この別の部材７
０が弁ブロック２の所定位置に圧入により設置されてい
るとともに、バルブ基体１のダイアフラム載置面１４と
ダイアフラム固定部材６３とでダイアフラム１６の外周
端１９を挟持するとともに、ダイアフラム固定部材６３
および前記外周端１９を前記バルブ基体１に溶接してノ
ーマルオープンタイプに構成してあるこの発明の第６の
実施形態を示す。なお、図１２において、図１〜図１１
で示した符号と同一のものは同一または相当物である。

【００３７】図１３〜図１５は、弁口１１および弁座１
２がバルブ基体１とは別の部材７０に形成され、この別
の部材７０がバルブ基体１の所定位置に取り外し可能な
ようにねじ止めにより設置されているとともに、バルブ
基体１のダイアフラム載置面１４とダイアフラム固定部
材６３とでダイアフラム１６の外周端１９を挟持すると
ともに、ダイアフラム固定部材６３および前記外周端１
９を前記バルブ基体１に溶接してノーマルクローズタイ
プに構成してあるこの発明の第７の実施形態を示す。な
お、図１３〜図１５において、図１〜図１２で示した符
号と同一のものは同一または相当物である。

【００３８】この場合、弁口１１および弁座１２を有す
る別の部材７０を下方からバルブ基体１の所定位置にね
じ込んである。９８は、別の部材７０外周面に設けた外
ねじ、９９は、バルブ基体１の内周面に形成した内ねじ
で、外ねじ９８と内ねじ９９が螺合する。これにより、
弁口１１は流量仕様により径の違うものに適宜交換でき
る利点を有する。

【００３９】図１６は、弁口１１および弁座１２がバル
ブ基体１とは別の部材７０に形成され、この別の部材７
０がバルブ基体１の所定位置に取り外し可能なようにね
じ止めにより設置されているとともに、バルブ基体１の
ダイアフラム載置面１４とダイアフラム固定部材６３と
でダイアフラム１６の外周端１９を挟持するとともに、
ダイアフラム固定部材６３および前記外周端１９を前記
バルブ基体１に溶接してノーマルオープンタイプに構成
してあるこの発明の第８の実施形態を示す。なお、図１
６において、図１〜図１５示した符号と同一のものは同
一または相当物である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
組み立て、調整、リークチェック工程の簡易化が図れる
ピエゾ方式の流体制御バルブを提供できる効果があ
る。。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

【図３】上記実施形態を示す分解斜視図である。

【図４】この発明の第２の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図５】この発明の第３の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図６】図５におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

【図７】上記第３の実施形態を示す分解斜視図である。

【図８】この発明の第４の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図９】この発明の第５の実施形態を示す構成説明図で
ある。

【図１０】図９におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

【図１１】上記第５の実施形態を示す分解斜視図であ
る。

【図１２】この発明の第６の実施形態を示す構成説明図
である。

【図１３】この発明の第７の実施形態を示す構成説明図
である。

【図１４】図１３におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

【図１５】上記第７の実施形態を示す分解斜視図であ
る。

【図１６】この発明の第８の実施形態を示す構成説明図
である。

【符号の説明】

１…バルブ基体、１１…弁口、１２…弁座、１６…ダイ
アフラム、２０…シール部材（メタルＯリング）、２１
…シール部材押さえ、２２…軸受け、２３…押さえ部
材、２７…ダイアフラム押さえ、３２…ビーボールまた
は鋼球、３６…ガイド、３７…筒状体、３８…ピエゾア
クチュエータ、４０…当接部材、４１…ばね受部、４２
…押圧ばね、４３…軸受け、４４…開度調整部材、４５
…固定ナット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H062 AA02 AA12 BB31 CC05 HH02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁口の周囲に形成された弁座の上面に弁
   口を開閉するダイアフラムを設けたバルブ基体とダイア
   フラム押さえを設けてなるバルブ部と、このバルブ部を
   駆動して流体の流量を制御するためのピエゾアクチュエ
   ータを有する駆動部とを一体化してなるモジュールを、
   弁ブロックの上面側に着脱自在に装着してあることを特
   徴とするピエゾ方式の流体制御バルブ。
2. 【請求項２】 前記弁口および弁座が前記バルブ基体に
   一体形成されている請求項１に記載のピエゾ方式の流体
   制御バルブ。
3. 【請求項３】 前記弁口および弁座が前記バルブ基体と
   は別の部材に形成され、この別の部材が前記バルブ基体
   の所定位置に圧入により、または、取り外し可能に設置
   されている請求項１に記載のピエゾ方式の流体制御バル
   ブ。
4. 【請求項４】 前記バルブ基体のダイアフラム載置面に
   シール部材を設け、このシール部材とシール部材押さえ
   とでダイアフラムの外周端を挟持するよう構成されてい
   る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のピエゾ方
   式の流体制御バルブ。
5. 【請求項５】 前記バルブ基体のダイアフラム載置面と
   ダイアフラム固定部材とでダイアフラムの外周端を挟持
   するとともに、ダイアフラム固定部材および前記外周端
   を前記バルブ基体に溶接してある請求項１ないし請求項
   ３のいずれかに記載のピエゾ方式の流体制御バルブ。