JP2013161418A - 流量制御装置及び流量制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】弁体を駆動するアクチュエータの負荷を低減することのできる流量制御装置及び流量制御システムを提供する。
【解決手段】流量制御装置１８は、内部に第１流路２１、弁室２２、第２流路２３、及び弁座部２４が設けられたバルブ本体２０と、弁室２２の内側と外側とを区画するダイアフラム４２と、ダイアフラム４２に連結されるとともに、弁座部２４に対向して設けられた弁体４１と、を備える。流量制御装置１８は、弁体４１に連結されたピストンロッド６０と、弁座部２４と弁体４１との距離を変化させるように、ピストンロッド６０を往復駆動するステッピングモータ９０と、ピストンロッド６０に往復駆動方向の静荷重を作用させる加減圧ユニット１２と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体の流量を制御する流量制御装置及び流量制御システムに関する。

従来、この種の流量制御装置として、モータの回転に基づいてダイアフラム弁体を移動させて、弁開度を調整するものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のものでは、ダイアフラム弁体がスプリングにより所定方向へ付勢されている。そして、モータの回転に基づいて、スプリングによる付勢力に抗して、ダイアフラム弁体が移動させられる。

特開２００５−３５１３０８号公報

ところで、特許文献１に記載のものでは、スプリングによる付勢力に抗して、ダイアフラム弁体を移動させるため、モータの負荷が大きくなる。また、ダイアフラム弁体には流体の圧力が作用しており、その圧力に抗してダイアフラム弁体を移動させる必要があるため、モータの負荷が大きくなる。

このようにモータの負荷が大きくなると、弁体を駆動するための可動部の耐久性が低下することとなる。なお、モータに限らず、その他のアクチュエータにより弁体を駆動する場合であっても、こうした実情は概ね共通したものとなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、弁体を駆動するアクチュエータの負荷を低減することのできる流量制御装置及び流量制御システムを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、流量制御装置であって、内部に流体の流路及び弁座部が設けられたバルブ本体と、前記流路の内側と外側とを区画するダイアフラムと、前記ダイアフラムに連結されるとともに、前記弁座部に対向して設けられた弁体と、前記弁体に連結された駆動部材と、前記弁座部と前記弁体との距離を変化させるように、前記駆動部材を往復駆動する駆動アクチュエータと、前記駆動部材に前記往復駆動方向の静荷重を作用させる静荷重アクチュエータと、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、バルブ本体の内部に設けられた弁座部に対向して、弁体が設けられている。そして、弁座部と弁体との距離を変化させるように、弁体に連結された駆動部材が駆動アクチュエータにより往復駆動される。したがって、駆動アクチュエータの駆動に基づいて、バルブ本体の内部に設けられた流路の弁開度を調整することができ、流体の流量を制御することができる。

ここで、ダイアフラムは流路の内側と外側とを区画しているため、ダイアフラムには流体の圧力が作用する。ダイアフラムには弁体が連結されており、弁体には駆動部材が連結されている。このため、流体の圧力に基づく荷重が駆動部材に作用することとなり、駆動アクチュエータはその荷重に抗して駆動部材を往復駆動する必要がある。この点、静荷重アクチュエータにより、駆動部材に往復駆動方向の静荷重が作用させられる。したがって、流体の圧力に基づき駆動部材に作用する荷重の影響を緩和することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を低減することができる。その結果、弁体を駆動するための可動部の耐久性を向上させることができる。しかも、駆動部材には静荷重が作用させられるため、駆動部材に作用する荷重の影響を安定して緩和することができる。

第２の手段では、前記静荷重アクチュエータは、前記駆動部材に連結されたピストン部と、前記ピストン部との間に圧力室を形成するシリンダと、前記圧力室内の圧力を調整する圧力調整機構と、を備える。

上記構成によれば、ピストン部とシリンダとの間に圧力室が形成され、この圧力室内の圧力が圧力調整機構により調整される。このため、圧力室内の圧力に応じた荷重をピストン部に作用させることができ、駆動部材に上記往復駆動方向の静荷重を容易に作用させることができる。しかも、静荷重を発生させるための圧力を直接ダイアフラムに作用させる構成と比較して、ダイアフラムの変形を抑制することができる。

具体的には、第３の手段のように、前記圧力調整機構は、前記圧力室内への気体の供給及び前記圧力室内からの気体の排出により、前記圧力室内の圧力を調整するといった構成を採用することができる。

第４の手段では、前記ダイアフラム、前記弁体、及び前記駆動部材は、前記弁座部に対して同じ側に配置され、前記流路内の前記流体により前記ダイアフラムに所定圧が作用させられており、前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重よりも大きな閉弁荷重により、前記弁体を前記弁座部に近付ける方向へ、前記駆動部材を付勢する付勢部を備え、前記圧力調整機構は、前記閉弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる。

上記構成によれば、ダイアフラム、弁体、及び駆動部材は、弁座部に対して同じ側に配置されているため、流路内の流体によりダイアフラムに作用する所定圧に基づいて、弁体を弁座部から離れさせる方向の開弁荷重が駆動部材に作用する。また、この開弁荷重よりも大きな閉弁荷重で、弁体を弁座部に近付ける方向へ、駆動部材が付勢部により付勢される。このため、結果的に閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する残留荷重（閉弁荷重の一部）が、駆動部材に作用することとなる。これに対して、圧力調整機構により、閉弁荷重と反対方向の静荷重が駆動部材に作用させられる。したがって、駆動部材に作用する残留荷重の少なくとも一部を相殺することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を低減することができる。さらに、閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する残留荷重が駆動部材に作用しているため、異常等により圧力調整機構が作動しなくなった場合に、弁体を弁座部の方向へ移動させて流体の流量を減少させることができる。

第５の手段では、前記圧力調整機構は、前記閉弁荷重と前記開弁荷重との差に相当する大きさで且つ前記閉弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる。

上記構成によれば、第４の手段と同様に、結果的に閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する残留荷重（閉弁荷重の一部）が、駆動部材に作用することとなる。これに対して、圧力調整機構により、閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する大きさで且つ閉弁荷重と反対方向の静荷重が駆動部材に作用させられる。したがって、駆動部材に作用する残留荷重を相殺することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を更に低減することができる。

第６の手段では、前記ダイアフラム、前記弁体、及び前記駆動部材は、前記弁座部に対して同じ側に配置され、前記流路内の前記流体により前記ダイアフラムに所定圧が作用させられており、前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重よりも小さな閉弁荷重により、前記弁体を前記弁座部に近付ける方向へ、前記駆動部材を付勢する付勢部を備え、前記圧力調整機構は、前記開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる。

上記構成によれば、第４の手段と同様に、流体の圧力に基づいて、弁体を弁座部から離れさせる方向の開弁荷重が駆動部材に作用する。また、この開弁荷重よりも小さな閉弁荷重で、弁体を弁座部に近付ける方向へ、駆動部材が付勢部により付勢される。このため、結果的に開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する残留荷重（開弁荷重の一部）が、駆動部材に作用することとなる。これに対して、圧力調整機構により、開弁荷重と反対方向の静荷重が駆動部材に作用させられる。したがって、駆動部材に作用する残留荷重の少なくとも一部を相殺することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を低減することができる。さらに、開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する残留荷重が駆動部材に作用しているため、弁座部に弁体を当てずに用いる流量制御装置において、駆動アクチュエータの負荷を低減し易くなる。

第７の手段では、前記圧力調整機構は、前記開弁荷重と前記閉弁荷重との差に相当する大きさで且つ前記開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる。

上記構成によれば、第６の手段と同様に、結果的に開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する残留荷重（開弁荷重の一部）が、駆動部材に作用することとなる。これに対して、圧力調整機構により、開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する大きさで且つ開弁荷重と反対方向の静荷重が駆動部材に作用させられる。したがって、駆動部材に作用する残留荷重を相殺することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を更に低減することができる。

第８の手段では、前記付勢部は、前記駆動部材の変位に応じて変化する前記閉弁荷重を前記駆動部材に作用させ、前記圧力調整機構は、前記閉弁荷重の大きさに応じて前記静荷重の大きさを変化させる。

付勢部が駆動部材の変位に応じて変化する閉弁荷重を駆動部材に作用させる場合には、弁体の駆動に伴う駆動部材の変位により閉弁荷重が変化することとなる。

この点、上記構成によれば、圧力調整機構により、閉弁荷重の大きさに応じて静荷重の大きさが変化させられる。このため、閉弁荷重の大きさが変化したとしても、駆動部材に作用する荷重を好適に相殺することができる。

第９の手段では、前記ダイアフラム、前記弁体、及び前記駆動部材は、前記弁座部に対して同じ側に配置され、前記流路内の前記流体により前記ダイアフラムに所定圧が作用させられており、前記圧力調整機構は、前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる。

上記構成によれば、上記第４の手段と同様に、流体の圧力に基づいて、弁体を弁座部から離れさせる方向の開弁荷重が駆動部材に作用する。これに対して、圧力調整機構により、所定圧に基づいて駆動部材に作用する開弁荷重と反対方向の静荷重が、駆動部材に作用させられる。したがって、駆動部材に作用する荷重の少なくとも一部を相殺することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を低減することができる。

第１０の手段では、前記圧力調整機構は、前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重に相当する大きさで且つ前記開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる。

上記構成によれば、上記第９の手段と同様に、結果的に弁体を弁座部から離れさせる方向の開弁荷重が駆動部材に作用する。これに対して、圧力調整機構により、開弁荷重に相当する大きさで且つ開弁荷重と反対方向の静荷重が駆動部材に作用させられる。したがって、駆動部材に作用する荷重を相殺することができ、弁体を駆動する駆動アクチュエータの負荷を更に低減することができる。

第１１の手段は、流量制御システムであって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流量制御装置と、前記流路の上流に接続されたレギュレータと、を備える。

上記構成によれば、流量制御装置の流路の上流に接続されたレギュレータにより、流路に流入する流体の圧力が所定圧に調整される。そして、所定圧の流体が流路に流入する状態において、流量制御装置により流体の流量を制御することができる。

流量制御システムを示す模式図。 流量制御装置の変形例を示す模式図。 流量制御装置の他の変形例を示す模式図。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、半導体製造装置等において薬液の流量を制御する流量制御システムとして具体化している。

初めに図１を参照して、流量制御システム１０の概要を説明する。同図に示すように、流量制御システム１０は、パイロットレギュレータ１１、流量制御装置１８、加減圧ユニット１２、コントローラ１３、及び流量センサ１４を備えている。パイロットレギュレータ１１（レギュレータ）の上流には流入通路１５が接続されており、レギュレータ１１の下流には流出通路１６が接続されている。流出通路１６の下流には流量制御装置１８が接続されており、流量制御装置１８の下流には供給通路１７が接続されている。供給通路１７には、流量センサ１４が設けられている。

そして、ポンプ等により加圧された薬液が、流入通路１５を通じてレギュレータ１１に供給される。パイロットレギュレータ１１は、空圧により駆動され、流入通路１５から流入する流体の圧力を所定圧（例えば、０．１〜０．３ＭＰａ）に調整して、流出通路１６から流出させる。この所定圧は、流量制御システム１０の用途に応じて設定される。なお、パイロットレギュレータ１１に代えて、手動式レギュレータを用いることもできる。

流出通路１６から流出した薬液は、流量制御装置１８へ流入する。流量制御装置１８は、弁の開度を調整することにより、供給通路１７から流出する薬液の流量を制御する。流量センサ１４は、供給通路１７を流通する薬液の流量を検出する。そして、流量の制御された薬液が、供給通路１７を通じて供給対象へ供給される。

コントローラ１３は、ＣＰＵや各種メモリ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成される電子制御装置である。コントローラ１３には、本システム１０を統括して管理する管理コンピュータ等から流量指令値が入力される他、流量センサ１４により検出される薬液の流量が逐次入力される。コントローラ１３は、それら各入力に基づいて流量制御装置１８を制御し、薬液の流量を流量指令値に一致させるようにフィードバック制御を実行する。

次に、流量制御装置１８の構成について詳細に説明する。流量制御装置１８は、バルブ本体２０、弁体４１、ダイアフラム４２、シリンダ３０、ピストンロッド６０、アクチュエータ本体５０、ねじ部６４，８２、ステッピングモータ９０、カバー９３等を備えている。

バルブ本体２０には、薬液（流体）の流入する流入ポート２５と、薬液の流出する流出ポート２６とが設けられている。バルブ本体２０は、耐薬品性を有するフッ素樹脂、例えばＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）で形成されている。バルブ本体２０の内部には、流入ポート２５に接続された第１流路２１（流路）と、流出ポート２６に接続された第２流路２３（流路）と、これら流路２１，２３を接続する弁室２２とが設けられている。弁室２２（流路）は、円柱状の空間として形成されており、バルブ本体２０の上面（所定面）に開口している。弁室２２と第２流路２３との接続部には、円環状の弁座部２４が設けられている。

弁室２２の内側と外側とが（流路２１，２３側と反対側とが）、ダイアフラム４２によって区画されている。ダイアフラム４２の外縁部は、バルブ本体２０とシリンダ３０とで挟持されている。ダイアフラム４２には、弁体４１が一体化（連結）されている。弁体４１は、弁室２２内に収容されており、弁座部２４に対向して配置されている。弁体４１は円柱状に形成されている。弁体４１が弁座部２４に当接することにより、弁室２２から第２流路２３への薬液の流通が遮断される。

バルブ本体２０の上面には、シリンダ３０が取り付けられている。シリンダ３０は、耐薬品性を有するフッ素樹脂、例えばＰＴＦＥで形成されている。シリンダ３０の内部には、円柱状の空間である第１収容部３１と、第１収容部３１よりも径の大きい円柱状の空間である第２収容部３３とが形成されている。第１収容部３１の一端は弁室２２と連通しており、第１収容部３１の他端は第２収容部３３と連通している。第２収容部３３はシリンダ３０の上面（所定面）に開口している。上記弁室２２、第１収容部３１、及び第２収容部３３は、互いの中心軸線が一致している。

第１収容部３１及び第２収容部３３で形成される空間内に、ピストンロッド６０が収容されている。ピストンロッド６０は、円柱状のロッド部６１（駆動部材）とフランジ状のピストン部６２とを備えている。ロッド部６１とピストン部６２とは、互いの中心軸線が一致するように一体化（連結）されている。ピストン部６２は、ロッド部６１の外周面から円環状に突出している。

第１収容部３１にロッド部６１が挿入されており、第２収容部３３にピストン部６２が挿入されている。第１収容部３１とロッド部６１との間がシール部材６３によりシールされており、第２収容部３３とピストン部６２との間がシール部材６５によりシールされている。第２収容部３３の中心軸線とピストン部６２の中心軸線とが一致しており、第１収容部３１の中心軸線とロッド部６１の中心軸線とが一致している。ピストンロッド６０は、軸受け６６によって中心軸線方向へ摺動可能に支持されている。

ロッド部６１においてピストン部６２と反対側の端部は、弁体４１において弁座部２４と反対側の端部に連結されている。ダイアフラム４２の上方（ピストンロッド６０側）には、ダイアフラム４２上面、ロッド部６１の外周面、及びシリンダ３０の内周面で区画される容積室３７が形成されている。容積室３７は、連通路３８を通じて大気に解放されている。なお、連通路３８に配管を接続して、ダイアフラム４２からの薬液の漏れ等を検出するようにしてもよい。

シリンダ３０の内部には、シリンダ３０の内周面とピストンロッド６０の外周面とで区画される圧力室３５が形成されている。圧力室３５は、圧力導入ポート３６を通じて圧力導入通路１２ａに接続されている。圧力導入通路１２ａにおいて圧力導入ポート３６側と反対側の端部は、加減圧ユニット１２に接続されている。

加減圧ユニット１２（圧力調整機構）は、空気の供給源、電磁弁、及び真空源等を備える電空レギュレータにより構成されている。加減圧ユニット１２は、圧力室３５に対する空気の供給および排出を制御することにより、圧力室３５内の圧力を調整する。そして、圧力室３５内の圧力調整に基づいて、ピストン部６２（ピストンロッド６０）に中心軸線方向（往復駆動方向）の静荷重が作用させられる。加減圧ユニット１２は、上記コントローラ１３により制御される。なお、ピストンロッド６０、シリンダ３０、及び加減圧ユニット１２は、静荷重アクチュエータを構成する。

シリンダ３０の上面（所定面）には、アクチュエータ本体５０が取り付けられている。アクチュエータ本体５０は、耐薬品性を有するフッ素樹脂、例えばＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride）で形成されている。アクチュエータ本体５０の内部には、円柱状の空間である第３収容部５５が形成されている。第３収容部５５の一端は第２収容部３３と連通しており、第３収容部５５の他端はアクチュエータ本体５０の上面（所定面）に開口している。

第３収容部５５には、その内壁が内側へ張り出すことにより、円環状の張出部５１が形成されている。張出部５１とピストン部６２との間には、圧縮ばね７１（付勢部）が設けられている。圧縮ばね７１は、ピストン部６２及びロッド部６１（ピストンロッド６０）を介して、上記弁体４１を上記弁座部２４に近付ける方向へ付勢している。

ここで、上記ダイアフラム４２には、所定圧に調整された薬液により、弁室２２の内側から外側の方向への荷重が作用している。ダイアフラム４２、弁体４１、及びロッド部６１（ピストンロッド６０）は、弁座部２４に対して同じ側に配置され、互いに連結されている。このため、弁室２２内の薬液によりダイアフラム４２に作用する所定圧に基づいて、弁体４１を弁座部２４から離れさせる方向の荷重（開弁荷重）がピストンロッド６０に作用する。

これに対して、圧縮ばね７１が、弁体４１を上記弁座部２４に近付ける方向へ、ピストンロッド６０を付勢する荷重（閉弁荷重）の大きさは、上記開弁荷重よりも大きく設定されている。したがって、これらの開弁荷重と閉弁荷重とが相殺され、結果的に閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する残留荷重（相殺されずに残った閉弁荷重の一部）が、ピストンロッド６０に作用することとなる。

ピストンロッド６０において弁体４１と反対側の端部には、円筒状の雌ねじ部６４が連結されている。雌ねじ部６４には、円柱状の雄ねじ部８２が噛み合わされている。雌ねじ部６４は、ナイロン系の樹脂、例えば（Poly Phenylene Sulfide）により形成されている。雄ねじ部は、例えばステンレス鋼により形成されている。雌ねじ部６４と雄ねじ部８２とは、互いの中心軸線が一致しており、相対回転により中心軸線方向へ相対移動する。雌ねじ部６４は、中心軸線を中心とした回転が、図示しない回り止め部材により規制されている。なお、雌ねじ部６４を黄銅や青銅で形成するとともに、雄ねじ部８２を焼入れ鋼で形成するようにしてもよい。

雄ねじ部８２は、ブッシュ８１及び締結部材８３を介して、ステッピングモータ９０の駆動軸９１に連結されている。モータ９０の駆動軸９１、雄ねじ部８２、雌ねじ部６４は、互いの中心軸線が一致している。ブッシュ８１及び締結部材８３は、ベアリンク８４によって回転可能に支持されている。アクチュエータ本体５０の中段部には、取付部材５２が取り付けられている。ベアリンク８４は、アクチュエータ本体５０と取付部材５２とで挟持されている。モータ９０は、取付部材５２に取り付けられている。アクチュエータ本体５０の上面には、モータ９０を覆うようにカバー９３が取り付けられている。

ステッピングモータ９０（駆動アクチュエータ）は、駆動回路を備えており、上記コントローラ１３から駆動回路へ駆動制御信号（パルス信号）が入力され、モータ９０の駆動軸９１の回転位置が、ステップ数に相当する駆動制御信号により制御される。そして、モータ９０の駆動軸９１が回転させられると、駆動軸９１と雄ねじ部８２とが一体で回転する。

雌ねじ部６４は回り止めされているため、雄ねじ部８２の回転により雌ねじ部６４が中心軸線方向へ移動させられる。雌ねじ部６４の中心軸線方向への移動により、上記ピストンロッド６０、ひいては弁体４１が中心軸線方向へ往復駆動される。これにより、弁座部２４と弁体４１との距離が変化させられ、弁室２２から第２流路２３へ流出する薬液の流量が制御される。

次に、流量制御装置１８及び加減圧ユニット１２の制御について説明する。

パイロットレギュレータ１１により、薬液の圧力が所定圧に調整されている。この所定圧に調整された薬液が、流入ポート２５及び第１流路２１を通じて弁室２２へ流入する。このため、上記ダイアフラム４２には、所定圧に調整された薬液の圧力によって、弁室２２の内側から外側の方向への荷重が作用している。そして、弁室２２内の薬液によりダイアフラム４２に作用する圧力（所定圧）に基づいて、弁体４１を弁座部２４から離れさせる方向の荷重（開弁荷重）がピストンロッド６０に作用している。

これに対して、上記開弁荷重よりも大きな閉弁荷重が、圧縮ばね７１によりピストンロッド６０に作用させられている。このため、加減圧ユニット１２により圧力室３５に圧力（正圧及び負圧）を印加していない状態では、弁体４１が弁座部２４に当接して薬液の流通が遮断されている（閉弁状態）。

コントローラ１３は、モータ９０により弁体４１を駆動させて薬液の流量を制御するにあたって、加減圧ユニット１２によりピストンロッド６０に上記開弁荷重方向の静荷重を作用させる。詳しくは、加減圧ユニット１２により、上記閉弁荷重と上記開弁荷重との差に相当する大きさで且つ閉弁荷重と反対方向の静荷重を、ピストンロッド６０に作用させる。このとき、圧縮ばね７１がピストンロッド６０に作用させる閉弁荷重の大きさは、圧縮ばね７１の縮み量、すなわちピストンロッド６０の変位に応じて変化する。このため、コントローラ１３は、加減圧ユニット１２により、ピストンロッド６０の変位（閉弁荷重の大きさ）応じて上記静荷重の大きさを変化させる。これにより、ピストンロッド６０に作用する残留荷重が相殺されるため、雌ねじ部６４及び雄ねじ部８２に荷重が作用しない状態となる。

このような状態にした後、コントローラ１３は、流量センサ１４により検出される薬液の流量に基づいてモータ９０を制御し、薬液の流量を流量指令値に一致させるようにフィードバック制御を実行する。このため、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を低減することができ、弁体４１を駆動するための雌ねじ部６４及び雄ねじ部８２（可動部）の耐久性を向上させることができる。

以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。

・ダイアフラム４２は弁室２２の内側と外側とを区画しているため、ダイアフラム４２には薬液の圧力が作用する。このため、薬液の圧力に基づく荷重が、ダイアフラム４２を介してピストンロッド６０に作用させられる。また、弁体４１を弁座部２４に近付ける方向の閉弁荷重が、圧縮ばね７１によりピストンロッド６０に作用させられる。ステッピングモータ９０は、これらの荷重に抗してピストンロッド６０を往復駆動する必要がある。この点、加減圧ユニット１２により、ピストンロッド６０に往復駆動方向の静荷重が作用させられる。したがって、薬液の圧力や圧縮ばね７１の荷重に基づきピストンロッド６０に作用する荷重の影響を緩和することができ、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を低減することができる。その結果、弁体４１を駆動するための雌ねじ部６４及び雄ねじ部８２の耐久性を向上させることができる。しかも、ピストンロッド６０には静荷重が作用させられるため、ピストンロッド６０に作用する荷重の影響を安定して緩和することができる。

・ピストンロッド６０とシリンダ３０との間に圧力室３５が形成され、この圧力室３５内の圧力が加減圧ユニット１２により調整される。このため、圧力室３５内の圧力に応じた荷重をピストン部６２に作用させることができ、ピストンロッド６０に上記往復駆動方向の静荷重を容易に作用させることができる。しかも、静荷重を発生させるための圧力を直接ダイアフラム４２に作用させる構成と比較して、ダイアフラム４２の変形を抑制することができる。

・ダイアフラム４２、弁体４１、及びピストンロッド６０は、弁座部２４に対して同じ側に配置されているため、弁室２２内の薬液によりダイアフラム４２に作用する所定圧に基づいて、弁体４１を弁座部２４から離れさせる方向の開弁荷重がピストンロッド６０に作用する。また、この開弁荷重よりも大きな閉弁荷重で、弁体４１を弁座部２４に近付ける方向へ、ピストンロッド６０が圧縮ばね７１により付勢される。このため、結果的に閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する残留荷重が、ピストンロッド６０に作用することとなる。これに対して、加減圧ユニット１２により、閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する大きさで且つ閉弁荷重と反対方向の静荷重がピストンロッド６０に作用させられる。したがって、ピストンロッド６０に作用する残留荷重を相殺することができ、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を更に低減することができる。しかも、加減圧ユニット１２により、閉弁荷重の大きさに応じて静荷重の大きさが変化させられる。このため、圧縮ばね７１の縮み量に応じて閉弁荷重の大きさが変化しても、ピストンロッド６０に作用する荷重を好適に相殺することができる。

・閉弁荷重と開弁荷重との差に相当する残留荷重がピストンロッド６０に作用しているため、異常等により加減圧ユニット１２が作動しなくなった場合に、弁体４１を弁座部２４の方向へ移動させて薬液の流量を減少させることができる。

上記実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。なお、上記実施形態と同一の部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・圧縮ばね７１により、薬液の圧力に基づく開弁荷重よりも小さな閉弁荷重で、弁体４１を弁座部２４に近付ける方向へ、ピストンロッド６０が付勢されるようにすることもできる。この場合には、結果的に開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する残留荷重（相殺されずに残った開弁荷重の一部）が、ピストンロッド６０に作用することとなる。これに対して、加減圧ユニット１２により、開弁荷重と反対方向の静荷重をピストンロッド６０に作用させる。これにより、ピストンロッド６０に作用する残留荷重の少なくとも一部を相殺することができ、弁体４１を駆動するステッピングモータ９０の負荷を低減することができる。さらに、開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する残留荷重がピストンロッド６０に作用しているため、弁座部２４に弁体４１を当てずに流量制御装置１８を用いる場合に、モータ９０の負荷を低減し易くなる。

さらに、加減圧ユニット１２により、上記開弁荷重と閉弁荷重との差に相当する大きさで且つ開弁荷重と反対方向の静荷重をピストンロッド６０に作用させることが望ましい。こうした構成によれば、ピストンロッド６０に作用する残留荷重を相殺することができ、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を更に低減することができる。

・図２に示すように、圧縮ばね７１及びアクチュエータ本体５０の張出部５１を省略することもできる。この場合には、残留荷重として、薬液の圧力に基づいて弁体４１を弁座部２４から離れさせる方向の開弁荷重がピストンロッド６０に作用する。これに対して、加減圧ユニット１２により、上記開弁荷重と反対方向の静荷重を、ピストンロッド６０に作用させる。これにより、ピストンロッド６０に作用する荷重の少なくとも一部を相殺することができ、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を低減することができる。

さらに、加減圧ユニット１２により、上記開弁荷重に相当する大きさで且つ開弁荷重と反対方向の静荷重をピストンロッド６０に作用させることが望ましい。こうした構成によれば、ピストンロッド６０に作用する荷重を相殺することができ、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を更に低減することができる。

・ピストンロッド６０に作用する残留荷重の少なくとも一部を相殺する際に、加減圧ユニット１２によりピストンロッド６０に作用させる静荷重の大きさを以下のように設定することもできる。すなわち、静荷重の大きさを残留荷重に相当する大きさよりも、若干大きく又は若干小さく設定する。こうした構成によっても、ピストンロッド６０に作用する残留荷重の少なくとも一部を相殺することができ、弁体４１を駆動するモータ９０の負荷を低減することができる。

・上記実施形態では、加減圧ユニット１２により閉弁荷重の大きさに応じて静荷重の大きさを変化させたが、加減圧ユニット１２により一定の静荷重を作用させるようにすることもできる。

・図３に示すように、ピストン部６２、圧力室３５、及び圧力導入ポート３６を省略するとともに、連通路３８に設けた圧力導入ポート１３６に、圧力導入通路１２ａ及び加減圧ユニット１２を接続することもできる。この場合には、上記容積室３７と同様に形成された容積室１３７が圧力室３５の機能を果たすことになり、加減圧ユニット１２により容積室１３７内の圧力が調整される。こうした構成によれば、容積室１３７内の圧力に応じた荷重をダイアフラム４２に作用させることができ、ロッド１６１（駆動部材）に上記往復駆動方向の静荷重を容易に作用させることができる。

なお、同図では、上記第１流路２１に対応する第１流路１２１と、上記弁室２２に対応する弁室１２２との接続部に弁座部２４が設けられている。ここでは、所定圧に調整された薬液の圧力が弁体４１に作用するとともに、弁室２２内の薬液の圧力がダイアフラム４２に作用する。こうした構成においても、加減圧ユニット１２により、薬液の圧力や圧縮ばね１７１の荷重に基づきロッド１６１に作用する荷重の影響を緩和することができ、弁体４１を駆動するモータ９０（図示略）の負荷を低減することができる。

・加減圧ユニット１２により、圧力室３５又は容積室１３７に対する油（液体）の供給および排出を制御することにより、圧力室３５内又は容積室１３７内の圧力を調整することもできる。

・駆動アクチュエータとして、ステッピングモータ９０に代えて、ソレノイドやピエゾアクチュエータを採用することもできる。この場合には、雄ねじ部８２及び雌ねじ部６４が不要となる。こうした構成においても、薬液の圧力や圧縮ばね７１の荷重に基づきピストンロッド６０（ロッド１６１）に作用する荷重の影響を緩和することができ、弁体４１を駆動する駆動アクチュエータの負荷を低減することができる。その結果、弁体４１を駆動するための可動部の耐久性を向上させることができる。

１０…流量制御システム、１１…パイロットレギュレータ（レギュレータ）、１２…加減圧ユニット（圧力調整機構）、１３…コントローラ、１８…流量制御装置、２０…バルブ本体、２２…弁室、２４…弁座部、３０…シリンダ、３５…圧力室、４１…弁体、４２…ダイアフラム、６０…ピストンロッド、６１…ロッド部（駆動部材）、６２…ピストン部、６４…雌ねじ部、７１…圧縮ばね（付勢部）、８２…雄ねじ部、９０…ステッピングモータ（駆動アクチュエータ）、１２２…弁室、１３７…容積室（圧力室）、１６１…ロッド（駆動部材）、１７１…圧縮ばね（付勢部）。

Claims (11)

1. 内部に流体の流路及び弁座部が設けられたバルブ本体と、
   前記流路の内側と外側とを区画するダイアフラムと、
   前記ダイアフラムに連結されるとともに、前記弁座部に対向して設けられた弁体と、
   前記弁体に連結された駆動部材と、
   前記弁座部と前記弁体との距離を変化させるように、前記駆動部材を往復駆動する駆動アクチュエータと、
   前記駆動部材に前記往復駆動方向の静荷重を作用させる静荷重アクチュエータと、
   を備えることを特徴とする流量制御装置。
2. 前記静荷重アクチュエータは、前記駆動部材に連結されたピストン部と、前記ピストン部との間に圧力室を形成するシリンダと、前記圧力室内の圧力を調整する圧力調整機構と、を備える請求項１に記載の流量制御装置。
3. 前記圧力調整機構は、前記圧力室内への気体の供給及び前記圧力室内からの気体の排出により、前記圧力室内の圧力を調整する請求項２に記載の流量制御装置。
4. 前記ダイアフラム、前記弁体、及び前記駆動部材は、前記弁座部に対して同じ側に配置され、
   前記流路内の前記流体により前記ダイアフラムに所定圧が作用させられており、
   前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重よりも大きな閉弁荷重により、前記弁体を前記弁座部に近付ける方向へ、前記駆動部材を付勢する付勢部を備え、
   前記圧力調整機構は、前記閉弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる請求項２又は３に記載の流量制御装置。
5. 前記圧力調整機構は、前記閉弁荷重と前記開弁荷重との差に相当する大きさで且つ前記閉弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる請求項４に記載の流量制御装置。
6. 前記ダイアフラム、前記弁体、及び前記駆動部材は、前記弁座部に対して同じ側に配置され、
   前記流路内の前記流体により前記ダイアフラムに所定圧が作用させられており、
   前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重よりも小さな閉弁荷重により、前記弁体を前記弁座部に近付ける方向へ、前記駆動部材を付勢する付勢部を備え、
   前記圧力調整機構は、前記開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる請求項２又は３に記載の流量制御装置。
7. 前記圧力調整機構は、前記開弁荷重と前記閉弁荷重との差に相当する大きさで且つ前記開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる請求項６に記載の流量制御装置。
8. 前記付勢部は、前記駆動部材の変位に応じて変化する前記閉弁荷重を前記駆動部材に作用させ、
   前記圧力調整機構は、前記閉弁荷重の大きさに応じて前記静荷重の大きさを変化させる請求項４〜７のいずれか１項に記載の流量制御装置。
9. 前記ダイアフラム、前記弁体、及び前記駆動部材は、前記弁座部に対して同じ側に配置され、
   前記流路内の前記流体により前記ダイアフラムに所定圧が作用させられており、
   前記圧力調整機構は、前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる請求項２又は３に記載の流量制御装置。
10. 前記圧力調整機構は、前記所定圧に基づいて前記駆動部材に作用する開弁荷重に相当する大きさで且つ前記開弁荷重と反対方向の静荷重を、前記駆動部材に作用させる請求項９に記載の流量制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流量制御装置と、
    前記流路の上流に接続されたレギュレータと、
    を備える流量制御システム。

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