JP2004183863A - 電磁比例弁とその組立方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品の組立調整が容易な電磁比例弁を提供すること。
【解決手段】コイル３２への通電時に固定鉄心３０に吸引されるプランジャ２５と、プランジャ２５に固定された弁シート１４と、弁シート１４に当接又は離間する弁座８が形成されたボディ２と、プランジャ２５及び弁シート２４に一体的に固定される板バネ１０と、ボディ２に連結されて板バネ１０をボディ２との間で保持する保持部材１３とを備える電磁比例弁１において、保持部材１３とボディ２とが螺合接続されており、保持部材１３をボディ２にねじ込むときに、板バネ１０の外周固定部１８に設けた折曲部２２を撓ませることによってバネ力を発生させ、板バネ１０を基準面に位置合わせしつつ、保持部材１３の任意の移動を許容するようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】コイル３２への通電時に固定鉄心３０に吸引されるプランジャ２５と、プランジャ２５に固定された弁シート１４と、弁シート１４に当接又は離間する弁座８が形成されたボディ２と、プランジャ２５及び弁シート２４に一体的に固定される板バネ１０と、ボディ２に連結されて板バネ１０をボディ２との間で保持する保持部材１３とを備える電磁比例弁１において、保持部材１３とボディ２とが螺合接続されており、保持部材１３をボディ２にねじ込むときに、板バネ１０の外周固定部１８に設けた折曲部２２を撓ませることによってバネ力を発生させ、板バネ１０を基準面に位置合わせしつつ、保持部材１３の任意の移動を許容するようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定鉄心が発生する吸引力によりプランジャを無摺動で作動させ、弁体のストローク量を制御する電磁比例弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程では、微細加工が進み、プロセスガスなどの制御流体を電磁比例弁で精密に制御している。
電磁比例弁には、例えば、プランジャ方式を採用するものがある。プランジャ方式の電磁弁は、コイルを巻回したコイルボビンに固定鉄心を固設するとともに、固定鉄心と同軸上に棒状プランジャを摺動可能に挿入し、棒状プランジャの先端部に固定した弁体を弁座に当接又は離間させるものである。こうしたプランジャ方式の電磁弁は、棒状プランジャがコイルへの印加電流に比例してコイルボビン内を摺動し、弁体を弁座から分離させて、制御流体の流量を制御する。このとき、棒状プランジャは、固定鉄心と対向する面とコイルボビンに挿入された外周面とに吸引力が作用するため、少ない通電量で弁体のストローク量を調整できる利点がある。
【０００３】
ところが、プランジャ方式では、棒状プランジャの摺動時にパーティクルを生じ、製品品質に悪影響を与えたり、また、棒状プランジャをコイルに挿入する構造であるため、装置全体の高さが高く、装置サイズが大型化する欠点がある。
【０００４】
こうした欠点を補うべく、フラッパ方式を採用する電磁比例弁が提案されている。フラッパ方式は、コイルへの印加電流による磁力に比例してプランジャを無摺動で作動させることにより、弁体のストローク量を制御するものであり、パーティクルの発生を抑制するとともに、装置サイズをコンパクトにしている。
【０００５】
図７は、フラッパ方式を採用する電磁比例弁１００の断面図である。
電磁比例弁１００は、ボディ１０１に入口流路１０３と出口流路１０２とが形成されており、その連通部分に弁室１０４が設けられている。弁室１０４には、出口流路１０２と連通する開口部の周りに弁座１０５が設けられている。また、ボディ１０１には、保持部材１０６が嵌め込まれ、ボディ１０１と保持部材１０６との間に板バネ１０７が狭持されている。板バネ１０７には、中心部に設けた孔１０８（図８参照）に対して弁シート１０９が弁シート押さえ板１１０を介して取り付けられ、板バネ１０７の取付荷重によって弁シート１０９を弁座１０５に押しつけている。
【０００６】
板バネ１０７は、図８の正面図に示すように、厚さ方向に対する弾性変形をスムーズにするため、孔１０８の周囲部において、内周固定部１１１と外周固定部１１２とが同心円状に形成されるとともに、内周固定部１１１と外周固定部１１２との間において、４枚の梁１１３の各々が略Ｓ字状に形成されている。
【０００７】
そして、板バネ１０７は、図９に示す弁部拡大断面図に示すように、内周固定部１１１が、弁シート１０９を装着されたプランジャ１１５と弁シート押さえ板１１０とに重ね合わされた状態で、プランジャ１１５に対して溶接接合されて固着されている（図中Ｐ１１参照）。これにより、板バネ１０７は、弁シート１０９及びプランジャ１１５と一体構造とされている。また、板バネ１０７の外周固定部１１２は、上スペーサ１２５と下スペーサ１２６との間に挟み込まれることにより、板バネ１０７をプランジャ１１５や弁座１０５等に対して位置合わせして支持している。
【０００８】
そして、保持部材１０６には、非磁性体からなる嵌装部材１１７が溶接接合により固着され、固定鉄心１１８を保持している。従って、コイル１１９に電流を供給すると、固定鉄心１１８や保持部材１０６が励磁され、板バネ１０７の復元力に抗してプランジャ１１５を吸引する。
【０００９】
こうした図７の電磁比例弁１００では、コイル１１９に所定の電流を供給して磁力を印加すると、図１０のバネ線図Ｋに示すように、プランジャ１１５の自重と板バネ１０７による押圧力の合成力に対して、コイル１１９に供給する電流に応じて固定鉄心１１８の発生する吸引力がバランスする点で、作動を行う。従って、例えば、板バネ１０７が所定のバネ定数を有することを前提として、コイル１１９に１５０ＡＴの印加磁力を与えると、プランジャ１１５にかかる力とＦ１点でバランスし、この点を制御流体の無圧時の開弁開始位置に設定し、弁変位Ｌ０の位置とする。さらに、例えば、 印加磁力を３００ＡＴに強くすると、プランジャ１１５にかかる力とＦ２点でバランスし、弁はＬ１位置となり、Ｌ０からＬ１の距離が開弁の弁移動距離となる。尚、図７の電磁比例弁１００は、保持部材１０６をボディ１０１に嵌め込む量によりプランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離を調整することによって、図１０に示す吸引力特性を変化させることができ、また、開弁開始位置Ｌ０を任意に設定することができる。
【００１０】
上記のように図７の電磁比例弁１００は、コイル１１９への印加電流による磁力に比例して弁の変位がなされて作動する。その際の印加電流による磁力に対して弁を流れる制御流体の流量は、図１０のバネ線図Ｋに示される吸引力特性に対して、図１１に示される流量制御特性となる。すなわち、このグラフは、電磁比例弁１００に１００〜１５０ＡＴの印加磁力を与えたときに開弁を開始するように設定したときのグラフであり、このような特性で制御流体が流れることが予め測定されているときには、所定の流量を得るための印加磁力を求めて制御することができ、また、流路を流れる制御流体の流量を測定して印加磁力を調整することにより、常に所定流量となるように制御することもできる。
【００１１】
従って、図７の電磁比例弁１００は、ボディ１０１の入口流路１０３に対して制御流体が供給されるが、図１１に示すように、コイル１１９に１００〜１５０ＡＴの印加磁力を与えるまでは、板バネ１０７の復元力により所定の取付荷重で弁シート１０９を弁座１０５に押しつけて、弁座１０５を閉じている。
【００１２】
ここで、コイル１１９に３００ＡＴの印加磁力を与えると、板バネ１０７の復元力に抗して、プランジャ１１５が固定鉄心１１８や保持部材１０６の磁力に吸引されて垂直上方向に移動するので、弁シート１０９が弁座１０５から分離し、弁座１０５を開く。このとき、電磁比例弁１００は、１５０％流量で制御流体を入口流路１０３から出口流路１０２へと供給する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
特開２００２−７１０４５号公報（第４〜５頁、第１図、第２図。）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来の電磁比例弁１００は、所望の流量制御特性が得られるように部品を組立調整することが困難である問題があった。
【００１４】
すなわち、電磁比例弁１００では、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離を数十μｍ以内で設定することが要求されており、プランジャ１１５を数μｍの精度で作動調整して流量制御を行っている。こうした条件のもとで、組み立てられる電磁比例弁１００の全てが一定の流量制御特性を有するには、一定の吸引力特性を得る必要がある。吸引力特性は、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離によって変化する。すなわち、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離がばらつくと、図１０に示すように、バネ線図Ｋが傾き（板バネ１０７のバネ定数）を変えることなく、図中左右方向にばらついて（図中Ｋ１，Ｋ２参照）、開弁開始位置Ｌ０がずれる。開弁開始位置Ｌ０がずれると、図１１に示す流量制御特性も図中左右方向にばらつき、製品品質が一定しない。従って、電磁比例弁１００は、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離を精密に設定するよう組み立て、開弁開始位置Ｌ０を定める必要がある。
【００１５】
この点、電磁比例弁１００では、図９に示すように、ボディ１０１に対して下スペーサ１２６、板バネ１０７、上スペーサ１２５を積み重ね、さらにボディ１０１に保持部材１０６を嵌め込むことにより、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離の精度を絶対的に出している。そのため、ボディ１０１、弁座１０５、保持部材１０６、板バネ１０７等の部品公差は、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離に直接影響し、製品品質にバラツキを生じさせていた。それに対して、部品の寸法精度を向上させて組立公差を小さくすることが考えられるが、プランジャ１１５が数μｍの微小量で作動する関係上、許容される部品公差は数μｍ未満であり、 単に部品の寸法精度を向上させるだけでは十分に対応しきれない。
【００１６】
そのため、電磁比例弁１００では、ボディ１０１や保持部材１０６等の部品公差に応じて上スペーサ１２５の厚さを変えることにより、部品公差が組立公差に与える影響を排除していた。この場合、組み立てた電磁比例弁１００が図１１に示すような一定水準の流量制御特性を得ていない場合には、部品を分解して上スペーサ１２５の厚さを調整し、再組立てしなければならず、部品の組立調整に手間や時間がかかっていた。
【００１７】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、部品の組立調整が容易な電磁比例弁を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る電磁比例弁は、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路と連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体が当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定されて弁体に弁閉方向の荷重を加える板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに嵌め込まれて板バネをボディとの間で狭持する保持部材とを備え、固定鉄心が発生する吸引力と板バネが弁体を弁座に押しつける力とのつり合いにより、弁体のストローク量を制御する電磁比例弁において、保持部材とボディとが螺合接続されるものであって、板バネとボディとの間に配設され、保持部材をボディにねじ込むときに、板バネを基準面に位置合わせしつつ、保持部材の任意の移動を許容する位置決め機構を有することを特徴とする。
【００１９】
（２）（１）に記載の発明において、板バネは、可動鉄心に固定される内周固定部と、内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、梁を介して内周固定部と接続するものであって、保持部材とボディとの間で狭持される複数の外周固定部とを有し、外周固定部が曲げ加工を施されて位置決め機構とされていることを特徴とする。
【００２０】
（３）（２）に記載の発明において、板バネは、内周固定部が中心部に切欠孔を有するＣ形に形成され、孔が、外周固定部と梁と内周固定部とにより形成される複数の長孔の１つと接続していることを特徴とする。
【００２１】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載の発明において、弁体は、熱可塑性を有する弾性体で形成されており、板バネは、内周固定部に弁体を保持する突起が内向きに設けられ、可動鉄心に対して溶接接合されることを特徴とする。
【００２２】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載の発明において、弁体が弁座に当接する面に鏡面加工を施されていることを特徴とする。
【００２３】
（６）（１）乃至（５）の何れか１つに記載の発明において、断面Ｕ字形に形成された環状の嵌装部材を有し、嵌装部材は、保持部材の内周面に固着され、固定鉄心が弁室に突き出るように圧入されていることを特徴とする。
【００２４】
（７）本発明に係る電磁比例弁の組立方法は、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路とに連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体と当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定される内周固定部と、内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、梁を介して内周固定部と接続するものであって、梁との接続部分を基点として曲げ加工を施された外周固定部とからなる板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに螺合接続されて、板バネをボディとの間で狭持する保持部材と、を有する電磁比例弁を用いて、制御流体を入口流路に供給するとともに、コイルに所定量の電流を供給し、出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材をボディにねじ込んで、保持部材とボディとの間で板バネの外周固定部を挟み込み、コイルへの印加電流に対応する流量が計測されたときに、保持部材をボディにねじ込むことを停止することを特徴とする。
【００２５】
上記構成を有する電磁比例弁では、保持部材をボディにねじ込むときに、板バネを基準面に位置合わせした状態で、保持部材をボディに対して任意の量だけねじ込むことが可能である。保持部材には、固定鉄心が保持される一方、板バネには、可動鉄心が固定されているため、保持部材のねじ込み量を調節すると、固定鉄心と可動鉄心との間の距離が変化する。固定鉄心と可動鉄心との間の距離が変化すると、吸引力特性が変化するため、保持部材のねじ込み量を調節すれば、開弁開始位置を自由に設定することが可能である。これにより、全ての電磁比例弁が一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００２６】
従って、本発明の電磁比例弁によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁を組み立てるために、部品を分解して再組立てする必要がないので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【００２７】
このとき、板バネの外周固定部について梁との接続部分を基点にして両端を折り曲げれば、保持部材をボディにねじ込んで板バネを狭持するときに、板バネの外周固定部が撓んでバネ力を発生し、位置決め機構の役割を果たすので、部品点数を増やすことなく、部品の組立精度を容易にすることができる。
【００２８】
また、板バネは、複数の外周固定部が分割して設けられ、外周固定部と梁と内周固定部との間に形成される長孔が一方に開口しており、さらに、長孔の１つが内周固定部の孔と接続しているので、ワイヤカットなどで板バネを簡単に形成することができる。
【００２９】
こうした板バネは、内周固定部が可動鉄心に溶接接合されるときに、突起が溶接の熱を内周固定部から伝達されて加熱し、弁体に食い込んで密接する。そのため、可動鉄心が作動する際に、弁体が可動鉄心から浮き上がって傾ぐことがなく、弁体のストローク量がコイルへの印加電流に応じて変位するとともに、板バネの支点位置が一定になる。従って、本発明の電磁比例弁によれば、作動特性を安定させることができる。
【００３０】
この点、弁体には、弁座と当接するシール部分に熱プレス転写により鏡面加工が施され、弁座と弁体との間の距離を安定させているので、従来の下スペーサを省いても、板バネの基準面を正確に設定することができる。
【００３１】
また、保持部材は、断面がＵ字形に形成された嵌装部材が固着され、その嵌装部材に対して固定鉄心を圧入することにより、保持部材と固定鉄心の高さ位置精度を出し、固定鉄心を保持している。嵌装部材は、固定鉄心が圧入されるときに、開口部が撓んでバネ力を発揮し、保持部材と固定鉄心との径方向での寸法公差を吸収する。よって、保持部材と固定鉄心との組立位置精度が得られ、部品加工精度を緩和することができる。
【００３２】
かかる電磁比例弁の部品組立を行う場合には、まず、制御流体を入口流路に供給し、コイルに所定の印加磁力を与え、固定鉄心に吸引力を発生させる。すると、可動鉄心が固定鉄心に吸引されて、弁体が弁座から分離し、制御流体が流量制御されて出口流路から排出される。
【００３３】
そこで、出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材をボディにねじ込んでいく。保持部材をボディに所定量ねじ込むと、板バネの外周固定部が、保持部材とボディとの間で撓んで、板バネをボディに圧接させて基準面に位置合わせする一方、撓みによるバネ力によって保持部材の任意の移動を許容する。保持部材には、固定鉄心が保持される一方、板バネには、可動鉄心が固定されているため、固定鉄心と可動鉄心との間の距離は、保持部材のねじ込み量に応じて変化し、それに伴って吸引力特性が変化する。
【００３４】
電磁比例弁は、弁体が弁座から分離して制御する流量と、コイルへの印加電流による磁力とが比例関係にあり、弁体が弁座から分離し始める開弁開始位置は、吸引力特性によって変化する。そのため、電磁比例弁が、コイルへの印加電流による磁力に対応する流量を制御するまで、保持部材をボディにねじ込めば、固定鉄心と可動鉄心との間の距離が所定値に設定されて、特定の吸引力特性が得られ、さらには、開弁開始位置が一義的に定められる。これにより、全ての電磁比例弁は、一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００３５】
従って、本発明の電磁比例弁によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁を組み立てるために、部品寸法を測って組立調整したり、部品を分解してスペーサを交換した後に再組立てする必要がなく、部品の組立調整を容易に調節することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る電磁比例弁の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、電磁比例弁１の弁部拡大断面図である。図３は、電磁比例弁１の断面図である。
本実施の形態の電磁比例弁１も、従来技術の欄で説明した電磁比例弁１００と同様、半導体製造工程のプロセスガスを制御するために用いられ、コイル３２の電磁吸引力に比例してプランジャ（「可動鉄心」に相当するもの。）２５を吸引移動させ、弁シート（「弁体」に相当するもの。）１４を弁座８から分離させることにより、制御流体の流量制御を行うものである。
【００３７】
図３に示すように、ボディ２には、入口流路４と出口流路３とが形成され、その連通部分に弁孔７が設けられている。弁孔７は、ボディ２の上端面に形成された凹部６と連通している。凹部６には、弁座８が弁孔７の開口部の周りに弁シート１４側に突き出すように設けられ、さらに、弁座８の周りに段差９が設けられて、板バネ１０の基準面を設定している。
【００３８】
凹部６の開口部内周には、図１及び図２に示すように、雌ネジ１１が形成されている。雌ネジ１１に螺合する雄ネジ１２は、磁性材料を略円筒形状に形成した保持部材１３の外周面に形成されている。従って、ボディ２の段差９に板バネ１０を載置し、保持部材１３をボディ２の凹部６に螺合接続すれば、板バネ１０の外周固定部１８で板バネ１０を狭持することができる。
この点、板バネ１０は、中心部に形成された孔１９に対し、弁シート１４が固着されており、板バネ１０の復元力により、弁シート１４を弁座８に所定の取付荷重で押さえ付けるようになっている。
【００３９】
図４は、板バネ１０の平面図である。図５は、板バネ１０の側面図である。
板バネ１０は、円板状の形状をなし、内周固定部１６、梁１７、外周固定部１８とを備える。内周固定部１６はＣ形状に形成されて、中心部に孔１９が形成されている。内周固定部１６の内縁部分には、複数の突起２０が円周方向に等間隔で内向きに延設されている。一方、内周固定部１６の外縁部分には、５枚の梁１７が外向きの放射線状に延設されている。各梁１７は、コイル３２の非通電時においても弁シート１４を弁閉方向への荷重を発生可能なバネ特性を安定して発生するために、曲線でつながれたＳ字状の形状をなしている。各梁１７の外側端部には、外周固定部１８がそれぞれ接続している。
【００４０】
５枚の外周固定部１８は、円弧状の形状を有し、内周固定部１６と同心円状に等間隔で配設されている。従って、板バネ１０は、外周固定部１８が梁１７毎に分割して設けられることにより複数の長孔２１が形成され、さらにその長孔２１の１つが内周固定部１６の孔１９と接続している。また、外周固定部１８は、略中心位置において梁１７と接続し、その接続部分を基点として両端が折り曲げられて折曲部（「位置決め機構」に相当するもの。）２２が設けられ、バネ性を有している。尚、外周固定部１８の折曲部２２のバネ力は、弁シールに必要な板バネ歪以上に設定されている。これは、保持部材１３をボディ２に所定量以上ねじ込んだときに、保持部材１３のねじ込み量にかかわらず板バネ１０を一定の力で基準面に押しつけるためである。
【００４１】
図６は、プランジャ２５を固定された板バネ１０の平面図である。
板バネ１０は、内周固定部１６がプランジャ２５に溶接接合されている。プランジャ２５には、弁シート１４を収納するための弁体収納部２６が形成されており、その弁体収納部２６に弁シート１４が装着されたプランジャ２５に対して、板バネ１０の内周固定部１６をスポット溶接している（図中Ｐ１参照）。このとき、板バネ１０は、外周固定部１８の折曲部２２がプランジャ２５側に折り曲げられるように位置合わせされている（図１参照）。
【００４２】
一方、弁シート１４は、ＰＴＥＥ（四フッ化エチレン樹脂）などの熱可塑性を有する弾性体で形成され、板バネ１０の突起２０によりプランジャ２５の弁体収納部２６内に保持されている。弁シート１４は、弁座８と当接するシール部分２９に鏡面加工が施されている。
【００４３】
また、図３に示すように、電磁比例弁１では、固定鉄心３０を嵌装部材３１を介して保持部材１３に圧入して溶接又はろう付けすることにより、固定鉄心３０を保持している。嵌装部材３１は、環状をなし、断面がＵ字形に形成されている。そして、コイル３２が巻かれたボビン３３を嵌装部材３１及び保持部材１３に突き当てるように固定鉄心３０に対して挿入するとともに、ボビン３３等を覆うようにボンネット３４を保持部材１３に嵌め合わせ、固定鉄心３０をネジ３５でボンネット３４に取り付けて固定している。
【００４４】
この点、固定鉄心３０の下端部分は、嵌装部材３１から突出しており、保持部材１３と対向して弁室５内に存在している。嵌装部材３１は非磁性材料で形成されているのに対し、固定鉄心３０及び保持部材１３は磁性材料で形成されているため、固定鉄心３０と保持部材１３との間には、磁気漏洩空間３６が環状に形成されている。また、保持部材１３においては、ボディ２にねじ込まれた部分が、弁室５との側壁（の断面）として段差状に形成されている。さらに、固定鉄心３０の下端部分とプランジャ２５の中空部の位置関係は、固定鉄心３０の下端部分がプランジャ２５の中空部に接触することなく挿入される関係にある。また、保持部材１３の段差状の部分（弁室５の側壁）とリング状のプランジャ２５の突縁部２７との位置関係は、プランジャ２５が垂直上方向、垂直下方向の何れに移動しても、対向する関係にあるが、特に、図２に示すように、プランジャ２５が垂直上方向に移動しても、プランジャ２５の突縁部２７が保持部材１３の段差状の部分（弁室５の側壁）に接触することはない。
【００４５】
このような構成を有する電磁比例弁１では、ボディ２の入口流路４に対して制御流体が供給されるが、上述したように、常時は、板バネ１０の復元力により、所定の取付荷重で弁シート１４を弁座８に押しつけて、弁座８を閉じている。ここで、コイル３２に印加して固定鉄心３０や保持部材１３を磁化すると、図２に示すように、板バネ１０の復元力に抗して、プランジャ２５が固定鉄心３０や保持部材１３の磁力に吸引されて、固定鉄心３０や保持部材１３の間にある空隙を埋めるように、及び、固定鉄心３０と保持部材１３との間にある磁気漏洩空間３６を埋めるように、プランジャ２５が垂直上方向に無摺動で移動するので、弁シート１４が弁座８から分離し、弁座８を開くことができる。
【００４６】
この場合、電磁比例弁１は、プランジャ２５の自重と板バネ１０のバネ力の合成力に対して、コイル３２への印加電流による磁力に応じた吸引力がバランスする点まで開弁する。つまり、電磁比例弁１は、コイル３２への印加電流による磁力に比例した開度だけ開くように作動する。弁座８が開かれると、入口流路４に供給された制御流体は、入口流路４から弁座８を通過するときに、弁シート１４と弁座８との距離に応じた流量に制御された後、出口流路３から流出する。
【００４７】
尚、電磁比例弁１では、固定鉄心３０、嵌装部材３１、保持部材１３、ボディ２のそれぞれの間を溶接接合してシールすることにより、制御流体の漏れを防止している（図１及び図２に示すＰ２、Ｐ３、Ｐ４部分参照）。
【００４８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の電磁比例弁１では、保持部材１３をボディ２にねじ込むときに、板バネ１０の外周固定部１８が、撓んでバネ力を発生するため、板バネ１０をボディ２の段差９に圧接させて基準面に位置合わせした状態で、保持部材１３をボディ２に任意の量だけねじ込むことが可能である（図１、図２参照）。保持部材１３には、固定鉄心３０が保持される一方、板バネ１０には、プランジャ２５が固定されているため、保持部材１３のねじ込み量を調節すると、固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離が変化する。固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離が変化すると、図１０に示すように吸引力特性が変化するため、保持部材１３のねじ込み量を調節すれば、開弁開始位置Ｌ０を自由に設定することが可能である。これにより、全ての電磁比例弁１が図１１に示す一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００４９】
従って、本実施の形態の電磁比例弁１によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁１を組み立てるために、部品を分解して再組立てする必要がないので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【００５０】
このとき、保持部材１０をボディ２にねじ込んで板バネ１０を狭持するときに、板バネ１０の外周固定部１８の折曲部２２が撓んでバネ力を発生し、位置決め機構の役割を果たすので（図１、図２、図４、図５参照）、部品点数を増やすことなく、部品の組立精度を容易にすることができる。
【００５１】
また、板バネ１０は、５枚の外周固定部１８が分割して設けられ、外周固定部１８と梁１７と内周固定部１６との間に形成される長孔２１が一方に開口しており、さらに、長孔２１の１つが内周固定部１６の孔１９と接続しているので（図４参照）、ワイヤカットなどで板バネ１０を簡単に形成することができる。
【００５２】
こうした板バネ１０は、内周固定部１６が突起２０に対応する位置においてプランジャ２５にスポット溶接されるときに（図６参照）、突起２０がスポット溶接の熱を内周固定部１６から伝達されて加熱し、弁シート１４に食い込んで密接する（図１及び図２参照）。そのため、プランジャ２５が作動する際に、弁シート１４がプランジャ２５の弁体収納部２６から浮き上がって傾ぐことがなく、弁シート１４のストローク量が印加磁力に応じて変位するとともに、板バネ１０の支点位置が一定になる。従って、本実施の形態の電磁比例弁１によれば、作動特性を安定させることができる。
【００５３】
この点、弁シート１４には、弁座８と当接するシール部分２９に熱プレス転写により鏡面加工が施され（図６参照）、弁座８と弁シート１４との間の距離を安定させているので、従来の下スペーサ１２６（図９参照）を省いても、板バネ１０の基準面を正確に設定することができる。
【００５４】
また、磁性を有する保持部材１３は、断面がＵ字形に形成された非磁性材の嵌装部材３１が圧入固着され、その嵌装部材３１に対して磁性を有する固定鉄心３０を圧入することにより、保持部材１３と固定鉄心３０の高さ位置精度を出し、固定鉄心３０を保持している（図１及び図２参照）。嵌装部材３１は、固定鉄心３０が圧入されるときに、開口部が撓んでバネ力を発揮し、保持部材１３と固定鉄心３０との径方向での寸法公差を吸収する。よって、保持部材１３と固定鉄心３０との組立位置精度が得られ、部品加工精度を緩和することができる。
【００５５】
かかる電磁比例弁１が、図１１に示す流量制御特性を有するように部品組立を行う場合には、まず、制御流体を入口流路４に供給し、コイル３２に所定の印加磁力を与え、固定鉄心３０に吸引力を発生させる（図１、図３参照）。すると、プランジャ２５が固定鉄心３０に吸引されて、弁シート１４が弁座８から分離し、制御流体が流量制御されて出口流路３から排出される（図２参照）。
【００５６】
そこで、出口流路３から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材１３をボディ２にねじ込んでいく。保持部材１３をボディ２に所定量ねじ込むと、板バネ１０の外周固定部１８が、保持部材１３とボディ２との間で撓んで、板バネ１０をボディ２の段差９に圧接させて基準面に位置合わせする一方、撓みによるバネ力によって保持部材１３の任意の移動を許容する（図２参照）。保持部材１３には、固定鉄心１３が保持される一方、板バネ１０には、プランジャ２５が固定されるため、固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離は、保持部材１３をボディ２にねじ込む量に応じて変化し、それに伴って吸引力特性が変化する（図１０参照）。
【００５７】
電磁比例弁１は、図１１に示すように、弁シート１４が弁座８から分離して制御する流量と、コイル３２への印加電流による磁力とが比例関係にあり、弁シート１４が弁座８から分離し始める開弁開始位置Ｌ０は、図１０に示す吸引力特性によって変化する。そのため、電磁比例弁１が、コイル３２への印加電流による磁力に対応する流量（例えば、図１１の流量制御特性を得る場合には、３００ＡＴの印加磁力に対して１５０％流量）を制御するまで、保持部材１３をボディ２の凹部６にねじ込めば、固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離が所定値に設定され、図１０のバネ線図Ｋに示す吸引力特性が得られ、さらには、開弁開始位置Ｌ０が一義的に定められる。これにより、全ての電磁比例弁１は、図１１に示す一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００５８】
従って、本実施の形態の電磁比例弁１によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁１を組み立てるために、部品寸法を測って組立調整したり、部品を分解してスペーサを交換した後に再組立てする必要がなく、部品の組立調整を容易に調節することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
【００６０】
（１）例えば、上記実施の形態では、板バネ１０の外周固定部１８を折り曲げて折曲部２２を設け、位置決め機構とした。それに対して、従来の板バネ（図８参照）のように板バネの外周固定部をリング状に形成し、リングワッシャなどの別部材を用いて位置決め機構としてもよい。
【００６１】
（２）例えば、上記実施の形態では、嵌装部材３１が開口部を上方に向けて保持部材１３と固定鉄心３０との間に配設されている。それに対して、開口部を下方に向けて嵌装部材３１を保持部材１３と固定鉄心３０との間に配設してもよい。また、嵌装部材の開口部が形成された端面と反対側の端面を、断面円弧型に形成することにより、より強いバネ力を持たせるようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る電磁比例弁は、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路と連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体が当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定されて弁体に弁閉方向の荷重を加える板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに嵌め込まれて板バネをボディとの間で狭持する保持部材とを備え、固定鉄心が発生する吸引力と板バネが弁体を弁座に押しつける力とのつり合いにより、弁体のストローク量を制御する電磁比例弁において、保持部材とボディとが螺合接続されるものであって、板バネとボディとの間に配設され、保持部材をボディにねじ込むときに、板バネを基準面に位置合わせしつつ、保持部材の任意の移動を許容する位置決め機構を有しているので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【００６３】
また、本発明に係る電磁比例弁の組立方法によれば、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路とに連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体と当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定される内周固定部と、内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、梁を介して内周固定部と接続するものであって、梁との接続部分を基点として曲げ加工を施された外周固定部とからなる板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに螺合接続されて、板バネをボディとの間で狭持する保持部材と、を有する電磁比例弁を用いて、制御流体を入口流路に供給するとともに、コイルに所定量の電流を供給し、出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材をボディにねじ込んで、保持部材とボディとの間で板バネの外周固定部を挟み込み、コイルへの印加電流に対応する流量が計測されたときに、保持部材をボディにねじ込むことを停止するので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係り、電磁比例弁が閉弁している状態の弁部拡大断面図である。
【図２】同じく、電磁比例弁が開弁している状態の弁部拡大断面図である。
【図３】同じく、電磁比例弁の断面図である。
【図４】同じく、板バネの平面図である。
【図５】同じく、板バネの側面図である。
【図６】同じく、プランジャに固定された板バネの平面図である。
【図７】従来の電磁比例弁の断面図である。
【図８】従来の電磁比例弁で使用される板バネの一例を示す正面図である。
【図９】従来の電磁比例弁の弁部拡大断面図である。
【図１０】電磁比例弁の吸引力特性を示す図である。
【図１１】電磁比例弁の流量制御特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 電磁比例弁
２ ボディ
３ 入口流路
４ 出口流路
５ 弁室
８ 弁座
１０ 板バネ
１３ 保持部材
３０ 固定鉄心
３１ 嵌装部材
１６ 内周固定部
１７ 梁
１８ 外周固定部
１９ 孔
２０ 突起
３２ コイル
２５ プランジャ
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定鉄心が発生する吸引力によりプランジャを無摺動で作動させ、弁体のストローク量を制御する電磁比例弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程では、微細加工が進み、プロセスガスなどの制御流体を電磁比例弁で精密に制御している。
電磁比例弁には、例えば、プランジャ方式を採用するものがある。プランジャ方式の電磁弁は、コイルを巻回したコイルボビンに固定鉄心を固設するとともに、固定鉄心と同軸上に棒状プランジャを摺動可能に挿入し、棒状プランジャの先端部に固定した弁体を弁座に当接又は離間させるものである。こうしたプランジャ方式の電磁弁は、棒状プランジャがコイルへの印加電流に比例してコイルボビン内を摺動し、弁体を弁座から分離させて、制御流体の流量を制御する。このとき、棒状プランジャは、固定鉄心と対向する面とコイルボビンに挿入された外周面とに吸引力が作用するため、少ない通電量で弁体のストローク量を調整できる利点がある。
【０００３】
ところが、プランジャ方式では、棒状プランジャの摺動時にパーティクルを生じ、製品品質に悪影響を与えたり、また、棒状プランジャをコイルに挿入する構造であるため、装置全体の高さが高く、装置サイズが大型化する欠点がある。
【０００４】
こうした欠点を補うべく、フラッパ方式を採用する電磁比例弁が提案されている。フラッパ方式は、コイルへの印加電流による磁力に比例してプランジャを無摺動で作動させることにより、弁体のストローク量を制御するものであり、パーティクルの発生を抑制するとともに、装置サイズをコンパクトにしている。
【０００５】
図７は、フラッパ方式を採用する電磁比例弁１００の断面図である。
電磁比例弁１００は、ボディ１０１に入口流路１０３と出口流路１０２とが形成されており、その連通部分に弁室１０４が設けられている。弁室１０４には、出口流路１０２と連通する開口部の周りに弁座１０５が設けられている。また、ボディ１０１には、保持部材１０６が嵌め込まれ、ボディ１０１と保持部材１０６との間に板バネ１０７が狭持されている。板バネ１０７には、中心部に設けた孔１０８（図８参照）に対して弁シート１０９が弁シート押さえ板１１０を介して取り付けられ、板バネ１０７の取付荷重によって弁シート１０９を弁座１０５に押しつけている。
【０００６】
板バネ１０７は、図８の正面図に示すように、厚さ方向に対する弾性変形をスムーズにするため、孔１０８の周囲部において、内周固定部１１１と外周固定部１１２とが同心円状に形成されるとともに、内周固定部１１１と外周固定部１１２との間において、４枚の梁１１３の各々が略Ｓ字状に形成されている。
【０００７】
そして、板バネ１０７は、図９に示す弁部拡大断面図に示すように、内周固定部１１１が、弁シート１０９を装着されたプランジャ１１５と弁シート押さえ板１１０とに重ね合わされた状態で、プランジャ１１５に対して溶接接合されて固着されている（図中Ｐ１１参照）。これにより、板バネ１０７は、弁シート１０９及びプランジャ１１５と一体構造とされている。また、板バネ１０７の外周固定部１１２は、上スペーサ１２５と下スペーサ１２６との間に挟み込まれることにより、板バネ１０７をプランジャ１１５や弁座１０５等に対して位置合わせして支持している。
【０００８】
そして、保持部材１０６には、非磁性体からなる嵌装部材１１７が溶接接合により固着され、固定鉄心１１８を保持している。従って、コイル１１９に電流を供給すると、固定鉄心１１８や保持部材１０６が励磁され、板バネ１０７の復元力に抗してプランジャ１１５を吸引する。
【０００９】
こうした図７の電磁比例弁１００では、コイル１１９に所定の電流を供給して磁力を印加すると、図１０のバネ線図Ｋに示すように、プランジャ１１５の自重と板バネ１０７による押圧力の合成力に対して、コイル１１９に供給する電流に応じて固定鉄心１１８の発生する吸引力がバランスする点で、作動を行う。従って、例えば、板バネ１０７が所定のバネ定数を有することを前提として、コイル１１９に１５０ＡＴの印加磁力を与えると、プランジャ１１５にかかる力とＦ１点でバランスし、この点を制御流体の無圧時の開弁開始位置に設定し、弁変位Ｌ０の位置とする。さらに、例えば、 印加磁力を３００ＡＴに強くすると、プランジャ１１５にかかる力とＦ２点でバランスし、弁はＬ１位置となり、Ｌ０からＬ１の距離が開弁の弁移動距離となる。尚、図７の電磁比例弁１００は、保持部材１０６をボディ１０１に嵌め込む量によりプランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離を調整することによって、図１０に示す吸引力特性を変化させることができ、また、開弁開始位置Ｌ０を任意に設定することができる。
【００１０】
上記のように図７の電磁比例弁１００は、コイル１１９への印加電流による磁力に比例して弁の変位がなされて作動する。その際の印加電流による磁力に対して弁を流れる制御流体の流量は、図１０のバネ線図Ｋに示される吸引力特性に対して、図１１に示される流量制御特性となる。すなわち、このグラフは、電磁比例弁１００に１００〜１５０ＡＴの印加磁力を与えたときに開弁を開始するように設定したときのグラフであり、このような特性で制御流体が流れることが予め測定されているときには、所定の流量を得るための印加磁力を求めて制御することができ、また、流路を流れる制御流体の流量を測定して印加磁力を調整することにより、常に所定流量となるように制御することもできる。
【００１１】
従って、図７の電磁比例弁１００は、ボディ１０１の入口流路１０３に対して制御流体が供給されるが、図１１に示すように、コイル１１９に１００〜１５０ＡＴの印加磁力を与えるまでは、板バネ１０７の復元力により所定の取付荷重で弁シート１０９を弁座１０５に押しつけて、弁座１０５を閉じている。
【００１２】
ここで、コイル１１９に３００ＡＴの印加磁力を与えると、板バネ１０７の復元力に抗して、プランジャ１１５が固定鉄心１１８や保持部材１０６の磁力に吸引されて垂直上方向に移動するので、弁シート１０９が弁座１０５から分離し、弁座１０５を開く。このとき、電磁比例弁１００は、１５０％流量で制御流体を入口流路１０３から出口流路１０２へと供給する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
特開２００２−７１０４５号公報（第４〜５頁、第１図、第２図。）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す従来の電磁比例弁１００は、所望の流量制御特性が得られるように部品を組立調整することが困難である問題があった。
【００１４】
すなわち、電磁比例弁１００では、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離を数十μｍ以内で設定することが要求されており、プランジャ１１５を数μｍの精度で作動調整して流量制御を行っている。こうした条件のもとで、組み立てられる電磁比例弁１００の全てが一定の流量制御特性を有するには、一定の吸引力特性を得る必要がある。吸引力特性は、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離によって変化する。すなわち、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離がばらつくと、図１０に示すように、バネ線図Ｋが傾き（板バネ１０７のバネ定数）を変えることなく、図中左右方向にばらついて（図中Ｋ１，Ｋ２参照）、開弁開始位置Ｌ０がずれる。開弁開始位置Ｌ０がずれると、図１１に示す流量制御特性も図中左右方向にばらつき、製品品質が一定しない。従って、電磁比例弁１００は、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離を精密に設定するよう組み立て、開弁開始位置Ｌ０を定める必要がある。
【００１５】
この点、電磁比例弁１００では、図９に示すように、ボディ１０１に対して下スペーサ１２６、板バネ１０７、上スペーサ１２５を積み重ね、さらにボディ１０１に保持部材１０６を嵌め込むことにより、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離の精度を絶対的に出している。そのため、ボディ１０１、弁座１０５、保持部材１０６、板バネ１０７等の部品公差は、プランジャ１１５と固定鉄心１１８との間の距離に直接影響し、製品品質にバラツキを生じさせていた。それに対して、部品の寸法精度を向上させて組立公差を小さくすることが考えられるが、プランジャ１１５が数μｍの微小量で作動する関係上、許容される部品公差は数μｍ未満であり、 単に部品の寸法精度を向上させるだけでは十分に対応しきれない。
【００１６】
そのため、電磁比例弁１００では、ボディ１０１や保持部材１０６等の部品公差に応じて上スペーサ１２５の厚さを変えることにより、部品公差が組立公差に与える影響を排除していた。この場合、組み立てた電磁比例弁１００が図１１に示すような一定水準の流量制御特性を得ていない場合には、部品を分解して上スペーサ１２５の厚さを調整し、再組立てしなければならず、部品の組立調整に手間や時間がかかっていた。
【００１７】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、部品の組立調整が容易な電磁比例弁を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る電磁比例弁は、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路と連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体が当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定されて弁体に弁閉方向の荷重を加える板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに嵌め込まれて板バネをボディとの間で狭持する保持部材とを備え、固定鉄心が発生する吸引力と板バネが弁体を弁座に押しつける力とのつり合いにより、弁体のストローク量を制御する電磁比例弁において、保持部材とボディとが螺合接続されるものであって、板バネとボディとの間に配設され、保持部材をボディにねじ込むときに、板バネを基準面に位置合わせしつつ、保持部材の任意の移動を許容する位置決め機構を有することを特徴とする。
【００１９】
（２）（１）に記載の発明において、板バネは、可動鉄心に固定される内周固定部と、内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、梁を介して内周固定部と接続するものであって、保持部材とボディとの間で狭持される複数の外周固定部とを有し、外周固定部が曲げ加工を施されて位置決め機構とされていることを特徴とする。
【００２０】
（３）（２）に記載の発明において、板バネは、内周固定部が中心部に切欠孔を有するＣ形に形成され、孔が、外周固定部と梁と内周固定部とにより形成される複数の長孔の１つと接続していることを特徴とする。
【００２１】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載の発明において、弁体は、熱可塑性を有する弾性体で形成されており、板バネは、内周固定部に弁体を保持する突起が内向きに設けられ、可動鉄心に対して溶接接合されることを特徴とする。
【００２２】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載の発明において、弁体が弁座に当接する面に鏡面加工を施されていることを特徴とする。
【００２３】
（６）（１）乃至（５）の何れか１つに記載の発明において、断面Ｕ字形に形成された環状の嵌装部材を有し、嵌装部材は、保持部材の内周面に固着され、固定鉄心が弁室に突き出るように圧入されていることを特徴とする。
【００２４】
（７）本発明に係る電磁比例弁の組立方法は、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路とに連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体と当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定される内周固定部と、内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、梁を介して内周固定部と接続するものであって、梁との接続部分を基点として曲げ加工を施された外周固定部とからなる板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに螺合接続されて、板バネをボディとの間で狭持する保持部材と、を有する電磁比例弁を用いて、制御流体を入口流路に供給するとともに、コイルに所定量の電流を供給し、出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材をボディにねじ込んで、保持部材とボディとの間で板バネの外周固定部を挟み込み、コイルへの印加電流に対応する流量が計測されたときに、保持部材をボディにねじ込むことを停止することを特徴とする。
【００２５】
上記構成を有する電磁比例弁では、保持部材をボディにねじ込むときに、板バネを基準面に位置合わせした状態で、保持部材をボディに対して任意の量だけねじ込むことが可能である。保持部材には、固定鉄心が保持される一方、板バネには、可動鉄心が固定されているため、保持部材のねじ込み量を調節すると、固定鉄心と可動鉄心との間の距離が変化する。固定鉄心と可動鉄心との間の距離が変化すると、吸引力特性が変化するため、保持部材のねじ込み量を調節すれば、開弁開始位置を自由に設定することが可能である。これにより、全ての電磁比例弁が一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００２６】
従って、本発明の電磁比例弁によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁を組み立てるために、部品を分解して再組立てする必要がないので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【００２７】
このとき、板バネの外周固定部について梁との接続部分を基点にして両端を折り曲げれば、保持部材をボディにねじ込んで板バネを狭持するときに、板バネの外周固定部が撓んでバネ力を発生し、位置決め機構の役割を果たすので、部品点数を増やすことなく、部品の組立精度を容易にすることができる。
【００２８】
また、板バネは、複数の外周固定部が分割して設けられ、外周固定部と梁と内周固定部との間に形成される長孔が一方に開口しており、さらに、長孔の１つが内周固定部の孔と接続しているので、ワイヤカットなどで板バネを簡単に形成することができる。
【００２９】
こうした板バネは、内周固定部が可動鉄心に溶接接合されるときに、突起が溶接の熱を内周固定部から伝達されて加熱し、弁体に食い込んで密接する。そのため、可動鉄心が作動する際に、弁体が可動鉄心から浮き上がって傾ぐことがなく、弁体のストローク量がコイルへの印加電流に応じて変位するとともに、板バネの支点位置が一定になる。従って、本発明の電磁比例弁によれば、作動特性を安定させることができる。
【００３０】
この点、弁体には、弁座と当接するシール部分に熱プレス転写により鏡面加工が施され、弁座と弁体との間の距離を安定させているので、従来の下スペーサを省いても、板バネの基準面を正確に設定することができる。
【００３１】
また、保持部材は、断面がＵ字形に形成された嵌装部材が固着され、その嵌装部材に対して固定鉄心を圧入することにより、保持部材と固定鉄心の高さ位置精度を出し、固定鉄心を保持している。嵌装部材は、固定鉄心が圧入されるときに、開口部が撓んでバネ力を発揮し、保持部材と固定鉄心との径方向での寸法公差を吸収する。よって、保持部材と固定鉄心との組立位置精度が得られ、部品加工精度を緩和することができる。
【００３２】
かかる電磁比例弁の部品組立を行う場合には、まず、制御流体を入口流路に供給し、コイルに所定の印加磁力を与え、固定鉄心に吸引力を発生させる。すると、可動鉄心が固定鉄心に吸引されて、弁体が弁座から分離し、制御流体が流量制御されて出口流路から排出される。
【００３３】
そこで、出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材をボディにねじ込んでいく。保持部材をボディに所定量ねじ込むと、板バネの外周固定部が、保持部材とボディとの間で撓んで、板バネをボディに圧接させて基準面に位置合わせする一方、撓みによるバネ力によって保持部材の任意の移動を許容する。保持部材には、固定鉄心が保持される一方、板バネには、可動鉄心が固定されているため、固定鉄心と可動鉄心との間の距離は、保持部材のねじ込み量に応じて変化し、それに伴って吸引力特性が変化する。
【００３４】
電磁比例弁は、弁体が弁座から分離して制御する流量と、コイルへの印加電流による磁力とが比例関係にあり、弁体が弁座から分離し始める開弁開始位置は、吸引力特性によって変化する。そのため、電磁比例弁が、コイルへの印加電流による磁力に対応する流量を制御するまで、保持部材をボディにねじ込めば、固定鉄心と可動鉄心との間の距離が所定値に設定されて、特定の吸引力特性が得られ、さらには、開弁開始位置が一義的に定められる。これにより、全ての電磁比例弁は、一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００３５】
従って、本発明の電磁比例弁によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁を組み立てるために、部品寸法を測って組立調整したり、部品を分解してスペーサを交換した後に再組立てする必要がなく、部品の組立調整を容易に調節することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る電磁比例弁の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、電磁比例弁１の弁部拡大断面図である。図３は、電磁比例弁１の断面図である。
本実施の形態の電磁比例弁１も、従来技術の欄で説明した電磁比例弁１００と同様、半導体製造工程のプロセスガスを制御するために用いられ、コイル３２の電磁吸引力に比例してプランジャ（「可動鉄心」に相当するもの。）２５を吸引移動させ、弁シート（「弁体」に相当するもの。）１４を弁座８から分離させることにより、制御流体の流量制御を行うものである。
【００３７】
図３に示すように、ボディ２には、入口流路４と出口流路３とが形成され、その連通部分に弁孔７が設けられている。弁孔７は、ボディ２の上端面に形成された凹部６と連通している。凹部６には、弁座８が弁孔７の開口部の周りに弁シート１４側に突き出すように設けられ、さらに、弁座８の周りに段差９が設けられて、板バネ１０の基準面を設定している。
【００３８】
凹部６の開口部内周には、図１及び図２に示すように、雌ネジ１１が形成されている。雌ネジ１１に螺合する雄ネジ１２は、磁性材料を略円筒形状に形成した保持部材１３の外周面に形成されている。従って、ボディ２の段差９に板バネ１０を載置し、保持部材１３をボディ２の凹部６に螺合接続すれば、板バネ１０の外周固定部１８で板バネ１０を狭持することができる。
この点、板バネ１０は、中心部に形成された孔１９に対し、弁シート１４が固着されており、板バネ１０の復元力により、弁シート１４を弁座８に所定の取付荷重で押さえ付けるようになっている。
【００３９】
図４は、板バネ１０の平面図である。図５は、板バネ１０の側面図である。
板バネ１０は、円板状の形状をなし、内周固定部１６、梁１７、外周固定部１８とを備える。内周固定部１６はＣ形状に形成されて、中心部に孔１９が形成されている。内周固定部１６の内縁部分には、複数の突起２０が円周方向に等間隔で内向きに延設されている。一方、内周固定部１６の外縁部分には、５枚の梁１７が外向きの放射線状に延設されている。各梁１７は、コイル３２の非通電時においても弁シート１４を弁閉方向への荷重を発生可能なバネ特性を安定して発生するために、曲線でつながれたＳ字状の形状をなしている。各梁１７の外側端部には、外周固定部１８がそれぞれ接続している。
【００４０】
５枚の外周固定部１８は、円弧状の形状を有し、内周固定部１６と同心円状に等間隔で配設されている。従って、板バネ１０は、外周固定部１８が梁１７毎に分割して設けられることにより複数の長孔２１が形成され、さらにその長孔２１の１つが内周固定部１６の孔１９と接続している。また、外周固定部１８は、略中心位置において梁１７と接続し、その接続部分を基点として両端が折り曲げられて折曲部（「位置決め機構」に相当するもの。）２２が設けられ、バネ性を有している。尚、外周固定部１８の折曲部２２のバネ力は、弁シールに必要な板バネ歪以上に設定されている。これは、保持部材１３をボディ２に所定量以上ねじ込んだときに、保持部材１３のねじ込み量にかかわらず板バネ１０を一定の力で基準面に押しつけるためである。
【００４１】
図６は、プランジャ２５を固定された板バネ１０の平面図である。
板バネ１０は、内周固定部１６がプランジャ２５に溶接接合されている。プランジャ２５には、弁シート１４を収納するための弁体収納部２６が形成されており、その弁体収納部２６に弁シート１４が装着されたプランジャ２５に対して、板バネ１０の内周固定部１６をスポット溶接している（図中Ｐ１参照）。このとき、板バネ１０は、外周固定部１８の折曲部２２がプランジャ２５側に折り曲げられるように位置合わせされている（図１参照）。
【００４２】
一方、弁シート１４は、ＰＴＥＥ（四フッ化エチレン樹脂）などの熱可塑性を有する弾性体で形成され、板バネ１０の突起２０によりプランジャ２５の弁体収納部２６内に保持されている。弁シート１４は、弁座８と当接するシール部分２９に鏡面加工が施されている。
【００４３】
また、図３に示すように、電磁比例弁１では、固定鉄心３０を嵌装部材３１を介して保持部材１３に圧入して溶接又はろう付けすることにより、固定鉄心３０を保持している。嵌装部材３１は、環状をなし、断面がＵ字形に形成されている。そして、コイル３２が巻かれたボビン３３を嵌装部材３１及び保持部材１３に突き当てるように固定鉄心３０に対して挿入するとともに、ボビン３３等を覆うようにボンネット３４を保持部材１３に嵌め合わせ、固定鉄心３０をネジ３５でボンネット３４に取り付けて固定している。
【００４４】
この点、固定鉄心３０の下端部分は、嵌装部材３１から突出しており、保持部材１３と対向して弁室５内に存在している。嵌装部材３１は非磁性材料で形成されているのに対し、固定鉄心３０及び保持部材１３は磁性材料で形成されているため、固定鉄心３０と保持部材１３との間には、磁気漏洩空間３６が環状に形成されている。また、保持部材１３においては、ボディ２にねじ込まれた部分が、弁室５との側壁（の断面）として段差状に形成されている。さらに、固定鉄心３０の下端部分とプランジャ２５の中空部の位置関係は、固定鉄心３０の下端部分がプランジャ２５の中空部に接触することなく挿入される関係にある。また、保持部材１３の段差状の部分（弁室５の側壁）とリング状のプランジャ２５の突縁部２７との位置関係は、プランジャ２５が垂直上方向、垂直下方向の何れに移動しても、対向する関係にあるが、特に、図２に示すように、プランジャ２５が垂直上方向に移動しても、プランジャ２５の突縁部２７が保持部材１３の段差状の部分（弁室５の側壁）に接触することはない。
【００４５】
このような構成を有する電磁比例弁１では、ボディ２の入口流路４に対して制御流体が供給されるが、上述したように、常時は、板バネ１０の復元力により、所定の取付荷重で弁シート１４を弁座８に押しつけて、弁座８を閉じている。ここで、コイル３２に印加して固定鉄心３０や保持部材１３を磁化すると、図２に示すように、板バネ１０の復元力に抗して、プランジャ２５が固定鉄心３０や保持部材１３の磁力に吸引されて、固定鉄心３０や保持部材１３の間にある空隙を埋めるように、及び、固定鉄心３０と保持部材１３との間にある磁気漏洩空間３６を埋めるように、プランジャ２５が垂直上方向に無摺動で移動するので、弁シート１４が弁座８から分離し、弁座８を開くことができる。
【００４６】
この場合、電磁比例弁１は、プランジャ２５の自重と板バネ１０のバネ力の合成力に対して、コイル３２への印加電流による磁力に応じた吸引力がバランスする点まで開弁する。つまり、電磁比例弁１は、コイル３２への印加電流による磁力に比例した開度だけ開くように作動する。弁座８が開かれると、入口流路４に供給された制御流体は、入口流路４から弁座８を通過するときに、弁シート１４と弁座８との距離に応じた流量に制御された後、出口流路３から流出する。
【００４７】
尚、電磁比例弁１では、固定鉄心３０、嵌装部材３１、保持部材１３、ボディ２のそれぞれの間を溶接接合してシールすることにより、制御流体の漏れを防止している（図１及び図２に示すＰ２、Ｐ３、Ｐ４部分参照）。
【００４８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の電磁比例弁１では、保持部材１３をボディ２にねじ込むときに、板バネ１０の外周固定部１８が、撓んでバネ力を発生するため、板バネ１０をボディ２の段差９に圧接させて基準面に位置合わせした状態で、保持部材１３をボディ２に任意の量だけねじ込むことが可能である（図１、図２参照）。保持部材１３には、固定鉄心３０が保持される一方、板バネ１０には、プランジャ２５が固定されているため、保持部材１３のねじ込み量を調節すると、固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離が変化する。固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離が変化すると、図１０に示すように吸引力特性が変化するため、保持部材１３のねじ込み量を調節すれば、開弁開始位置Ｌ０を自由に設定することが可能である。これにより、全ての電磁比例弁１が図１１に示す一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００４９】
従って、本実施の形態の電磁比例弁１によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁１を組み立てるために、部品を分解して再組立てする必要がないので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【００５０】
このとき、保持部材１０をボディ２にねじ込んで板バネ１０を狭持するときに、板バネ１０の外周固定部１８の折曲部２２が撓んでバネ力を発生し、位置決め機構の役割を果たすので（図１、図２、図４、図５参照）、部品点数を増やすことなく、部品の組立精度を容易にすることができる。
【００５１】
また、板バネ１０は、５枚の外周固定部１８が分割して設けられ、外周固定部１８と梁１７と内周固定部１６との間に形成される長孔２１が一方に開口しており、さらに、長孔２１の１つが内周固定部１６の孔１９と接続しているので（図４参照）、ワイヤカットなどで板バネ１０を簡単に形成することができる。
【００５２】
こうした板バネ１０は、内周固定部１６が突起２０に対応する位置においてプランジャ２５にスポット溶接されるときに（図６参照）、突起２０がスポット溶接の熱を内周固定部１６から伝達されて加熱し、弁シート１４に食い込んで密接する（図１及び図２参照）。そのため、プランジャ２５が作動する際に、弁シート１４がプランジャ２５の弁体収納部２６から浮き上がって傾ぐことがなく、弁シート１４のストローク量が印加磁力に応じて変位するとともに、板バネ１０の支点位置が一定になる。従って、本実施の形態の電磁比例弁１によれば、作動特性を安定させることができる。
【００５３】
この点、弁シート１４には、弁座８と当接するシール部分２９に熱プレス転写により鏡面加工が施され（図６参照）、弁座８と弁シート１４との間の距離を安定させているので、従来の下スペーサ１２６（図９参照）を省いても、板バネ１０の基準面を正確に設定することができる。
【００５４】
また、磁性を有する保持部材１３は、断面がＵ字形に形成された非磁性材の嵌装部材３１が圧入固着され、その嵌装部材３１に対して磁性を有する固定鉄心３０を圧入することにより、保持部材１３と固定鉄心３０の高さ位置精度を出し、固定鉄心３０を保持している（図１及び図２参照）。嵌装部材３１は、固定鉄心３０が圧入されるときに、開口部が撓んでバネ力を発揮し、保持部材１３と固定鉄心３０との径方向での寸法公差を吸収する。よって、保持部材１３と固定鉄心３０との組立位置精度が得られ、部品加工精度を緩和することができる。
【００５５】
かかる電磁比例弁１が、図１１に示す流量制御特性を有するように部品組立を行う場合には、まず、制御流体を入口流路４に供給し、コイル３２に所定の印加磁力を与え、固定鉄心３０に吸引力を発生させる（図１、図３参照）。すると、プランジャ２５が固定鉄心３０に吸引されて、弁シート１４が弁座８から分離し、制御流体が流量制御されて出口流路３から排出される（図２参照）。
【００５６】
そこで、出口流路３から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材１３をボディ２にねじ込んでいく。保持部材１３をボディ２に所定量ねじ込むと、板バネ１０の外周固定部１８が、保持部材１３とボディ２との間で撓んで、板バネ１０をボディ２の段差９に圧接させて基準面に位置合わせする一方、撓みによるバネ力によって保持部材１３の任意の移動を許容する（図２参照）。保持部材１３には、固定鉄心１３が保持される一方、板バネ１０には、プランジャ２５が固定されるため、固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離は、保持部材１３をボディ２にねじ込む量に応じて変化し、それに伴って吸引力特性が変化する（図１０参照）。
【００５７】
電磁比例弁１は、図１１に示すように、弁シート１４が弁座８から分離して制御する流量と、コイル３２への印加電流による磁力とが比例関係にあり、弁シート１４が弁座８から分離し始める開弁開始位置Ｌ０は、図１０に示す吸引力特性によって変化する。そのため、電磁比例弁１が、コイル３２への印加電流による磁力に対応する流量（例えば、図１１の流量制御特性を得る場合には、３００ＡＴの印加磁力に対して１５０％流量）を制御するまで、保持部材１３をボディ２の凹部６にねじ込めば、固定鉄心３０とプランジャ２５との間の距離が所定値に設定され、図１０のバネ線図Ｋに示す吸引力特性が得られ、さらには、開弁開始位置Ｌ０が一義的に定められる。これにより、全ての電磁比例弁１は、図１１に示す一定水準の流量制御特性を有するように組み立てられ、同一の製品品質を得ることができる。
【００５８】
従って、本実施の形態の電磁比例弁１によれば、同一の製品品質を有する電磁比例弁１を組み立てるために、部品寸法を測って組立調整したり、部品を分解してスペーサを交換した後に再組立てする必要がなく、部品の組立調整を容易に調節することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
【００６０】
（１）例えば、上記実施の形態では、板バネ１０の外周固定部１８を折り曲げて折曲部２２を設け、位置決め機構とした。それに対して、従来の板バネ（図８参照）のように板バネの外周固定部をリング状に形成し、リングワッシャなどの別部材を用いて位置決め機構としてもよい。
【００６１】
（２）例えば、上記実施の形態では、嵌装部材３１が開口部を上方に向けて保持部材１３と固定鉄心３０との間に配設されている。それに対して、開口部を下方に向けて嵌装部材３１を保持部材１３と固定鉄心３０との間に配設してもよい。また、嵌装部材の開口部が形成された端面と反対側の端面を、断面円弧型に形成することにより、より強いバネ力を持たせるようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る電磁比例弁は、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路と連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体が当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定されて弁体に弁閉方向の荷重を加える板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに嵌め込まれて板バネをボディとの間で狭持する保持部材とを備え、固定鉄心が発生する吸引力と板バネが弁体を弁座に押しつける力とのつり合いにより、弁体のストローク量を制御する電磁比例弁において、保持部材とボディとが螺合接続されるものであって、板バネとボディとの間に配設され、保持部材をボディにねじ込むときに、板バネを基準面に位置合わせしつつ、保持部材の任意の移動を許容する位置決め機構を有しているので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【００６３】
また、本発明に係る電磁比例弁の組立方法によれば、コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、固定鉄心に吸引される可動鉄心と、可動鉄心に固定される弁体と、弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路とに連通するように形成されたボディと、弁室に設けられて弁体と当接又は離間する弁座と、可動鉄心に固定される内周固定部と、内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、梁を介して内周固定部と接続するものであって、梁との接続部分を基点として曲げ加工を施された外周固定部とからなる板バネと、固定鉄心を保持するとともに、ボディに螺合接続されて、板バネをボディとの間で狭持する保持部材と、を有する電磁比例弁を用いて、制御流体を入口流路に供給するとともに、コイルに所定量の電流を供給し、出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、保持部材をボディにねじ込んで、保持部材とボディとの間で板バネの外周固定部を挟み込み、コイルへの印加電流に対応する流量が計測されたときに、保持部材をボディにねじ込むことを停止するので、部品の組立調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係り、電磁比例弁が閉弁している状態の弁部拡大断面図である。
【図２】同じく、電磁比例弁が開弁している状態の弁部拡大断面図である。
【図３】同じく、電磁比例弁の断面図である。
【図４】同じく、板バネの平面図である。
【図５】同じく、板バネの側面図である。
【図６】同じく、プランジャに固定された板バネの平面図である。
【図７】従来の電磁比例弁の断面図である。
【図８】従来の電磁比例弁で使用される板バネの一例を示す正面図である。
【図９】従来の電磁比例弁の弁部拡大断面図である。
【図１０】電磁比例弁の吸引力特性を示す図である。
【図１１】電磁比例弁の流量制御特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 電磁比例弁
２ ボディ
３ 入口流路
４ 出口流路
５ 弁室
８ 弁座
１０ 板バネ
１３ 保持部材
３０ 固定鉄心
３１ 嵌装部材
１６ 内周固定部
１７ 梁
１８ 外周固定部
１９ 孔
２０ 突起
３２ コイル
２５ プランジャ
Claims (7)
- コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、前記固定鉄心に吸引される可動鉄心と、前記可動鉄心に固定される弁体と、前記弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路と連通するように形成されたボディと、前記弁室に設けられて前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記可動鉄心に固定されて前記弁体に弁閉方向の荷重を加える板バネと、前記固定鉄心を保持するとともに、前記ボディに嵌め込まれて前記板バネを前記ボディとの間で狭持する保持部材とを備え、前記固定鉄心が発生する吸引力と前記板バネが前記弁体を前記弁座に押しつける力とのつり合いにより、前記弁体のストローク量を制御する電磁比例弁において、
前記保持部材と前記ボディとが螺合接続されるものであって、
前記板バネと前記ボディとの間に配設され、前記保持部材を前記ボディにねじ込むときに、前記板バネを基準面に位置合わせしつつ、前記保持部材の任意の移動を許容する位置決め機構を有することを特徴とする電磁比例弁。 - 請求項１に記載する電磁比例弁において、
前記板バネは、
前記可動鉄心に固定される内周固定部と、前記内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、前記梁を介して前記内周固定部と接続するものであって、前記保持部材と前記ボディとの間で狭持される複数の外周固定部とを有し、
前記外周固定部が曲げ加工を施されて前記位置決め機構とされていることを特徴とする電磁比例弁。 - 請求項２に記載する電磁比例弁において、
前記板バネは、
前記内周固定部が中心部に切欠孔を有するＣ形に形成され、
前記孔が、前記外周固定部と前記梁と前記内周固定部とにより形成される複数の長孔の１つと接続していることを特徴とする電磁比例弁。 - 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する電磁比例弁において、
前記弁体は、熱可塑性を有する弾性体で形成されており、
前記板バネは、前記内周固定部に前記弁体を保持する突起が内向きに設けられ、前記可動鉄心に対して溶接接合されることを特徴とする電磁比例弁。 - 請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載する電磁比例弁において、
前記弁体が前記弁座に当接する面に鏡面加工を施されていることを特徴とする電磁比例弁。 - 請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載する電磁比例弁において、
断面Ｕ字形に形成された環状の嵌装部材を有し、
前記嵌装部材は、前記保持部材の内周面に固着され、前記固定鉄心が前記弁室に突き出るように圧入されていることを特徴とする電磁比例弁。 - コイルへの印加電流に応じて吸引力を発生する固定鉄心と、
前記固定鉄心に吸引される可動鉄心と、
前記可動鉄心に固定される弁体と、
前記弁体を収納する弁室が入口流路と出口流路とに連通するように形成されたボディと、
前記弁室に設けられて前記弁体と当接又は離間する弁座と、
前記可動鉄心に固定される内周固定部と、前記内周固定部に対して外向きに接続されるものであって、曲線を描くように形成された複数の梁と、前記梁を介して前記内周固定部と接続するものであって、前記梁との接続部分を基点として曲げ加工を施された外周固定部とからなる板バネと、
前記固定鉄心を保持するとともに、前記ボディに螺合接続されて、前記板バネを前記ボディとの間で狭持する保持部材と、を有する電磁比例弁を用いて、
制御流体を前記入口流路に供給するとともに、前記コイルに所定量の電流を供給し、
前記出口流路から排出される制御流体の流量を計測しながら、前記保持部材を前記ボディにねじ込んで、前記保持部材と前記ボディとの間で前記板バネの外周固定部を挟み込み、
前記コイルへの印加電流に対応する流量が計測されたときに、前記保持部材を前記ボディにねじ込むことを停止することを特徴とする電磁比例弁の組立方法。
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