JP2021099145A - 電動流量調節弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の閉鎖時におけるモータへの摩擦力の増大を防止して、消費電流の問題だけではなく、モータの発熱に伴うプロセスへの悪影響を回避し、ランプ制御が可能となる構造を提供する。【解決手段】弁体４０は保持チャンバー３０に嵌挿された弁体保持軸部５０に連結保持されており、弁体保持軸部は後部に螺合する締緩部材５５を有するとともにばね部材５２により常時弁室２０側に付勢され、作動軸７０の先端側に電動式駆動機構６０の回転動を締緩部材に伝達して回転させる伝達手段８０が設けられ、弁体の後退時又は停止時には、締緩部材が締め付けられることによりばね部材の付勢力に抗して弁体保持軸部を後退又は停止させて、弁体の前進時には、締緩部材が緩められることによりばね部材の付勢力とともに弁体保持軸部を前進させて、ばね部材の付勢力によって弁体が弁座２５を閉鎖した時には、締緩部材がさらに緩められて締緩部材自身が後退する。【選択図】図１

Description

本発明は電動流量調節弁に関し、特には直動型ステッピングモータによって作動される流量調節弁に関する。

例えば半導体の製造設備等で使用される流量調節弁として電動式の直動型ステッピングモータによって作動されるニードル弁が知られている（特許文献１参照）。電動式は駆動源として電気を用い電気制御による操作であることから、装置の維持管理の自由度が大きく、遠隔操作やプロセス（処理対象）によって流量変化などが簡単容易に行うことができるメリットがある。

図１８，１９に示す電動式ニードル弁１００は、ハウジング１１１後部に配置された直動型ステッピングモータ１７０の直動軸１６０によって、ハウジング１１１前部の弁室１２０内にダイアフラム１４５と一体に配置された弁体１４０のニードル部１４１を弁座１２５に対して近接離隔して弁座１２５との開度を調節する流量調節弁である。符号１２１は被制御流体の流入部、１２２はその流出部、１４６はダイアフラム１４５を固定するためのダイアフラム固定部材、１４７は通気孔である。

弁室１２０後部には保持チャンバー１３０が設けられていて、ここに弁体１４０と連結された軸体部１５０が、スプライン嵌合構造によって周方向に回転不能に同軸的に進退自在に嵌装されている。この軸体部１５０はその後部で前記直動型ステッピングモータ１７０の直動軸１６０と連結されているとともに、軸体部１５０はばね部材１５２によって常時後方（弁室１２０と反対方向）に付勢されている。したがって、ステッピングモータ１７０の直動軸１６０の前進時には、モータの駆動力によってばね部材１５２の付勢力に抗して軸体部１５０が前進し、軸体部１５０に連結された弁体１４０を弁座１２５方向に近接させる。ステッピングモータ１７０の直動軸１６０の後退時には、ばね部材１５２の付勢力によって軸体部１５０が後退し弁体１４０は後退して弁座１２５から離隔する。

各図において、符号１１５はハウジングの外壁部１１２に形成された放熱溝部、１３５はダイアフラムを透過した腐食性ガスにより金属製のモータや軸部材が腐食しないように必要によりパージされる気体流入ポートであり、１３６は同じくその気体流出ポートである。１５１はばね部材１５２のための軸体部側ばね受け部、１５３はダイアフラム固定部材側のばね受け部である。また、ステッピングモータ１７０に関して、１７１はロータ、１７２は直動軸１６０を進退させるシャフト、１７３はステッピングモータ１７０の配線部である。

上記従来の流量調節弁１００では、ステッピングモータ１７０の駆動によって軸体部１５０を前進させ弁体１４０を弁座１２５方向に近接して弁の開度を調節するのであるが、ばね部材１５２が介装されているので、全閉の場合にはモータ内のロータネジ部に上方向の荷重がかかり摩擦力が増大する。閉鎖時に強く閉まりすぎて弁座を過剰に圧迫すると、これにより、流量調節弁の耐久性やパーティクルの発生等の問題を生ずるおそれがある。

また、閉の状態で軸体部１５０や弁体１４０が熱膨張した場合にも上方向の荷重がかかり摩擦力が増大する。そして、次の動作で弁を開方向に動かす駆動信号（電流）をモータ１７０に供給しても動かない場合がある。いわゆる、ステッピングモータが荷重に負けて動かない「脱調」である。

さらに、従来の電動流量調節弁では弁閉する力はモータの力であり、弁座の全閉シール力を維持するためにはモータの励磁を維持する必要がある。しかし、これには消費電流の問題だけではなく、モータが発熱し条件が悪い場合にはダイアフラムまで伝熱して、被制御流体の温度まで上昇させてしまうという問題を惹起するおそれがある。半導体製造に使用される流体にあっては、その化学反応は流体の流量と時間、温度によって変化するため、モータの発熱はプロセスに悪影響を与える懸念が大きい。

上のような状況から、従来の電動流量調節弁では、弁座の全閉を避けて、原点センサーとステッピングモータへの駆動パルスのカウントにより軸体部の位置を把握して、弁座の全閉の手前で「寸止め」をして使用しているのが現状である。しかしながら、このような寸止めでは、微小流量の制御や流量ゼロからの立ち上げができないという問題があった。

実登３１６５０８３号公報

この発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、電動流量調節弁の弁体の閉鎖時におけるモータへの摩擦力の増大を防止して、脱調を防ぎ、消費電流の問題だけではなく、モータの発熱に伴うプロセスへの悪影響を回避し、さらに弁座の全閉の手前で「寸止め」する必要がなく、微小流量の制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となる新規な電動流量調節弁の構造を提供するものである。

すなわち、請求項１の発明は、電動式駆動機構の作動軸によってハウジング前部の弁室内にダイアフラムと一体に配置された弁体を弁座に対して進退させて前記弁座との開度を調節する流量調節弁において、前記弁体は前記弁室後部の保持チャンバーに周方向に回転不能に同軸的に嵌挿された弁体保持軸部に連結保持されており、前記弁体保持軸部はその後部に螺合する締緩部材を有するとともにばね部材により常時弁室側に付勢され、前記作動軸の先端側には、前記電動式駆動機構の回転動を前記締緩部材に伝達して回転させる伝達手段が設けられ、前記締緩部材は、前記伝達手段から伝達された回転動により前記弁体保持軸部を締緩して前記弁体保持軸部を進退動させるように構成されていて、前記弁体の後退時又は停止時には、前記締緩部材が締め付けられることにより前記ばね部材の付勢力に抗して前記弁体保持軸部を後退又は停止させて、前記弁体を前記弁座から離隔させ、前記弁体の前進時には、前記締緩部材が緩められることにより前記ばね部材の付勢力とともに前記弁体保持軸部を前進させて、前記弁体を前記弁座に近接させるとともに、前記ばね部材の付勢力によって前記弁体が前記弁座を閉鎖した時には、前記締緩部材がさらに緩められて前記締緩部材自身が後退するように構成されていることを特徴とする電動流量調節弁に係る。

請求項２の発明は、前記締緩部材と前記ハウジングの隔壁との間にベアリング部材が介在されている請求項１に記載の電動流量調節弁に係る。

請求項３の発明は、前記伝達手段が、一または複数の平歯車によって構成されている請求項１または２に記載の電動流量調節弁に係る。

請求項４の発明は、前記伝達手段が遊星歯車機構である請求項１または２に記載の電動流量調節弁に係る。

請求項５の発明は、前記伝達手段が波動歯車装置である請求項１または２に記載の電動流量調節弁に係る。

請求項１の発明に係る電動流量調節弁によると、電動式駆動機構の作動軸によってハウジング前部の弁室内にダイアフラムと一体に配置された弁体を弁座に対して進退させて前記弁座との開度を調節する流量調節弁において、前記弁体は前記弁室後部の保持チャンバーに周方向に回転不能に同軸的に嵌挿された弁体保持軸部に連結保持されており、前記弁体保持軸部はその後部に螺合する締緩部材を有するとともにばね部材により常時弁室側に付勢され、前記作動軸の先端側には、前記電動式駆動機構の回転動を前記締緩部材に伝達して回転させる伝達手段が設けられ、前記締緩部材は、前記伝達手段から伝達された回転動により前記弁体保持軸部を締緩して前記弁体保持軸部を進退動させるように構成されていて、前記弁体の後退時又は停止時には、前記締緩部材が締め付けられることにより前記ばね部材の付勢力に抗して前記弁体保持軸部を後退又は停止させて、前記弁体を前記弁座から離隔させ、前記弁体の前進時には、前記締緩部材が緩められることにより前記ばね部材の付勢力とともに前記弁体保持軸部を前進させて、前記弁体を前記弁座に近接させるとともに、前記ばね部材の付勢力によって前記弁体が前記弁座を閉鎖した時には、前記締緩部材がさらに緩められて前記締緩部材自身が後退するように構成されているため、弁体を弁座に対して全閉する力ないし弁座の全閉シール力を維持するためにモータの励磁を維持する必要がなく、弁座を過剰に圧迫することがなく、またこれに伴う問題、すなわち、消費電流の問題のみならずモータの発熱による被制御流体の温度上昇に関連する種々の問題を一挙に解消することができる。さらに、従来のように弁座の全閉の手前で「寸止め」する必要がなくなり、微小流量の制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となる。

請求項２の発明に係る電動流量調節弁によると、請求項１の発明において、前記締緩部材と前記ハウジングの隔壁との間にベアリング部材が介在されているため、締緩部材をより円滑に回転させることができる。

請求項３の発明に係る電動流量調節弁によると、請求項１または２の発明において、前記伝達手段が、一または複数の平歯車によって構成されているため、簡易な構造で電動式駆動機構の回転動を締緩部材に適切に伝達することができる。

請求項４の発明に係る電動流量調節弁によると、請求項１または２の発明において、前記伝達手段が遊星歯車機構であるため、作動軸と締緩部材を同軸に配置して小型化や軽量化を図ることが可能となるとともに、剛性を高くすることができ、さらに歯車への負荷が分散されて摩耗や欠損等の劣化を抑制することができる。

請求項５の発明に係る電動流量調節弁によると、請求項１または２の発明において、前記伝達手段が波動歯車装置であるため、作動軸と締緩部材を同軸に配置して小型化や軽量化を図ることが可能となるとともに、簡易な構造で高い減速比が得られ、バックラッシュが少なく動力損失が抑制されて高効率で高精度に回転動を伝達することができる。

本発明の一実施形態に係る電動流量調節弁の開弁時の縦断面図である。 図１の電動流量調節弁の弁体前進時の縦断面図である。 図１の電動流量調節弁の閉弁時の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態に係る電動流量調節弁の開弁時の要部を拡大した部分断面図である。 図５の電動流量調節弁の弁体前進時の要部を拡大した部分断面図である。 図６の電動流量調節弁の閉弁時の要部を拡大した部分断面図である。 第２実施形態に係る電動流量調節弁の開弁時の要部を拡大した部分断面図である。 図７の電動流量調節弁の弁体前進時の要部を拡大した部分断面図である。 図８の電動流量調節弁の閉弁時の要部を拡大した部分断面図である。 遊星歯車である伝達手段の概略図である。 第３実施形態に係る電動流量調節弁の開弁時の要部を拡大した部分断面図である。 図１２の電動流量調節弁の弁体前進時の要部を拡大した部分断面図である。 図１２の電動流量調節弁の閉弁時の要部を拡大した部分断面図である。 波動歯車である伝達手段の概略図である。 電動流量調節弁を利用した回路の概略図ある。 電動流量調節弁を利用した回路の流量制御のグラフである。 従来の電動流量調節弁の開弁時の縦断面図である。 図１８の電動流量調節弁の閉弁時の縦断面図である。 従来の電動流量調節弁の「寸止め」の制御例を示したグラフである。

図１〜３に示す本発明の一実施形態に係る電動流量調節弁１０は、主に半導体製造工場や半導体製造装置等の流体管路に配設されるニードル弁であって、電動式駆動機構６０の作動軸７０によってハウジング１１前部の弁室２０内にダイアフラム４５と一体に配置された弁体４０を弁座２５に対して進退させて弁座２５との開度を調節するものである。

電動流量調節弁１０では、ハウジング１１、弁体４０、ダイアフラム４５等の各部が耐食性及び耐薬品性の高い材料で構成される。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂である。フッ素樹脂は、切削等により所望する形状に容易に加工することができる。また、この電動流量調節弁１０では、純水、アンモニア水、フッ酸、過酸化水素水、塩酸、オゾン水、水素水、酸素水、界面活性剤等の薬液、水素、酸素等のガス等の被制御流体が流通される。

ハウジング１１は、一側に被制御流体の流入部２１を有し、弁座２５を介して他側に被制御流体の流出部２２が形成された弁室２０と、弁室２０の後部側に保持チャンバー３０とを有する。

弁体４０は、ニードル部４１と、ダイアフラム４５とを有し、弁体保持軸部５０に連結保持される。ニードル部４１は、弁体４０の進退により弁座２５を開閉する。ダイアフラム４５は、薄肉の可動膜からなり、弁室２０内を流通する被制御流体の保持チャンバー３０側への浸入を防止する。符号４６はダイアフラム４５を固定するためのダイアフラム固定部材である。

弁体保持軸部５０は、弁室２０後部の保持チャンバー３０に周方向に回転不能に同軸的に進退自在に嵌挿され、その後部に螺合する締緩部材５５を有し、かつ保持軸部側（可動側）ばね受け部５１と駆動機構側（固定側）ばね受け部５３との間に介装されたばね部材５２により常時弁室２０側に付勢されている。弁体保持軸部５０の形状は、例えば、図４に示すような公知のスプライン嵌合構造等が挙げられる。

電動式駆動機構６０は、適宜の演算装置（図示せず）の制御により進退量を調節して作動軸７０を介して弁体４０を進退させる部材である。電動式駆動機構６０としては、弁体４０の進退量を精度良く再現できるものであれば特に限定されず、例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ等が好適に用いられる。実施形態の電動式駆動機構６０は、回転型ステッピングモータである。電動式駆動機構６０に関して、６１はロータ、６２は作動軸７０を回転させるシャフト、６３は配線部である。

作動軸７０は、電動式駆動機構６０の回転動により回転する棒状部材であり、電動式駆動機構６０の回転動の入力部に相当する。作動軸７０の先端側には、電動式駆動機構の回転動を締緩部材５５に伝達して回転させる伝達手段８０が設けられている。締緩部材５５は、この伝達手段８０から伝達された回転動により、螺合された弁体保持軸部５０を締緩して進退動させる出力部に相当する。また、締緩部材５５とハウジング１１の隔壁１２との間には、ベアリング部材５６が介在されていることが好ましい。ベアリング部材５６が介在されることにより、締緩部材５５をより円滑に回転させることができる。なお、実施形態では、ハウジング１１の隔壁１２が駆動機構側（固定側）ばね受け部５３を兼ねている。

電動流量調節弁１０では、弁体４０の後退時又は停止時には、締緩部材５５が締め付けられることによりばね部材５２の付勢力に抗して弁体保持軸部５０を後退又は停止させて弁体４０を弁座２５から離隔させ、弁体４０の前進時には、締緩部材５５が緩められることによりばね部材５２の付勢力とともに弁体保持軸部５０を前進させて弁体４０を弁座２５に近接させるとともに、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５を閉鎖した時には、締緩部材５５がさらに緩められて締緩部材５５自身が後退するように構成されている。なお、締緩部材５５とハウジング１１の隔壁１２との間にベアリング部材５６が介在されている場合には、図３に示すように、弁体４０前進時に締緩部材５５はベアリング部材５６から離隔される。

ここで、当該電動流量調節弁１０の作動について、図５〜１５に示す各実施形態に係る電動流量調節弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとともに具体的に説明する。なお、各実施形態の説明において、同一符号は同一の構成を表すものとして、説明を省略する。

図５〜７は、第１実施形態に係る電動流量調節弁１０Ａの伝達手段８０Ａ近傍の要部断面図であって、伝達手段８０Ａが一または複数の平歯車によって構成された例である。電動流量調節弁１０Ａでは、伝達手段８０Ａから回転動が伝達される締緩部材５５ａが、外周部に平歯車である伝達手段８０Ａと歯合する歯部を有している。また、伝達手段８０Ａは、作動軸７０に同軸に取り付けられた第１平歯車８１ａと、第１平歯車８１ａと歯合する第２平歯車８１ｂと、第２平歯車８１ｂに同軸に取り付けられて一体に回転するとともに締緩部材５５ａと歯合する第３平歯車８１ｃとを有する。

まず、図１，５に示す弁体４０の後退時、つまり弁座２５の開放（開弁）時では、電動式駆動機構６０の一方向の回転動が作動軸７０から伝達手段８０Ａへ入力される。すなわち、電動式駆動機構６０の一方向の回転動により作動軸７０が一方向へ回転して、その先端に取り付けられた伝達手段８０Ａの第１平歯車８１ａを一方向へ回転させる。第１平歯車８１ａの回転により、歯合する第２平歯車８１ｂが第３平歯車８１ｃと一体に回転されるため、一方向の回転動が第３平歯車８１ｃを介して締緩部材５５ａに伝達される。

伝達手段８０Ａから一方向の回転動が伝達されることにより、締緩部材５５ａは締め付け方向に回転される。この時、保持チャンバー３０に周方向に回転不能に同軸的に進退自在に嵌挿された弁体保持軸部５０に締緩部材５５ａが螺合していることから、締緩部材５５ａの締め付け方向の回転動が、弁体保持軸部５０をばね部材５２の付勢力に抗して後退させる直進動（後退動）として出力される。これにより、弁体４０が弁座２５から離隔されて開弁状態となる。また、弁体４０の停止時では、電動式駆動機構６０が回転せず停止されるため、作動軸７０、伝達手段８０Ａ、締緩部材５５ａがそれぞれ停止状態となり、弁体保持軸部５０がばね部材５２の付勢力に抗して停止状態で保持される。

次に、図２，６に示す弁体４０の前進時では、電動式駆動機構６０の反対方向の回転動により作動軸７０が反対方向へ回転して、伝達手段８０Ａの第１平歯車８１ａを反対方向へ回転させる（入力）。そして、第１平歯車８１ａの回転により、歯合する第２平歯車８１ｂが第３平歯車８１ｃと一体に回転されて、反対方向の回転動が第３平歯車８１ｃを介して締緩部材５５ａに伝達される。

伝達手段８０Ａから反対方向の回転動が伝達されることにより、締緩部材５５ａは緩む方向に回転される。この締緩部材５５ａによる緩む方向の回転動が、弁体保持軸部５０をばね部材５２の付勢力とともに前進させる直進動（前進動）として出力される。これにより、弁体４０が弁座２５に近接され、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５に当接（閉鎖）されて閉弁状態となる。

さらに、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５を閉鎖した時には、電動式駆動機構６０からの反対方向の回転動が作動軸７０から伝達手段８０Ａを介して締緩部材５５ａに伝達されるため、締緩部材５５ａがさらに緩められる。この時、ばね部材５２の付勢力により弁体４０が弁座２５に当接されていることから、弁体保持軸部５０はそれ以上前進しない。従って、図３，７に示すように、締緩部材５５ａは、反対方向に回転されて締緩部材５５ａ自身が後退する。その際、締緩部材５５ａはベアリング部材５６から離隔される。

図からも理解されるように、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が移動され、弁体４０が弁座２５に当接して弁座２５が閉鎖（閉弁）後に、弁体保持軸部５０が前進せずに締緩部材５５ａ自身が後退するということは、閉弁後の電動式駆動機構６０からの回転動が弁体保持軸部５０に伝達されない（締緩部材５５ａの後退動として逃がされる）ことで、弁体４０が閉鎖時に弁座２５に押し込まれず、閉鎖時における弁座２５との衝突や過大な摩擦等が回避ないし緩和されることを意味する。そのため、これらの衝突や摩擦等に伴う問題の発生を一挙に解決することができる。

また、この電動流量調節弁１０Ａでは、閉弁後の開弁に際しては、締緩部材５５ａが弁体保持軸部５０に対して通常時より緩められて後退した状態となっており、換言すれば、従来のように弁体４０を弁座２５に対して全閉する力ないし弁座２５の全閉シール力等の押し込む力を維持するためのモータの励磁を維持する必要がない。したがって、これに伴う問題、すなわち、消費電流の問題のみならずモータの発熱による被制御流体の温度上昇に関連する種々の問題を一挙に解消することができる。もちろん、従来のように弁座２５の全閉の手前で「寸止め」する必要がない。さらに、開弁方向の移動、つまり締緩部材５５ａの締め付け方向への回転動は、負荷の無い状態からスタートできるので、微小な流量の開弁制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となる。

平歯車からなる伝達手段８０Ａは、上記のように簡易な構造で電動式駆動機構６０の回転動を締緩部材５５ａに適切に伝達することが可能である。なお、図示の伝達手段８０Ａでは、複数の平歯車（８１ａ，８１ｂ，８１ｃ）を例に説明したが、単一の平歯車で構成することも可能である。例えば、弁体保持軸部と作動軸の軸の位置をずらして締緩部材の外周の歯部に作動軸先端の単一の平歯車を歯合させたり、締緩部材の後部側に内周に歯部を有する凹部を形成して作動軸先端の単一の平歯車を歯合させたりする等、適宜に構成される。

図８〜１０は、第２実施形態に係る電動流量調節弁１０Ｂの伝達手段８０Ｂ近傍の要部断面図であって、伝達手段８０Ｂが遊星歯車機構によって構成された例である。遊星歯車機構である伝達手段８０Ｂは、図８〜１１に示すように、作動軸７０に同軸に取り付けられた太陽歯車部８２ａと、太陽歯車部８２ａと歯合してその周囲を公転しながら自転する複数（この例では２つ）の遊星歯車部８２ｂと、電動式駆動機構の固定部材６４に固定されるとともに遊星歯車部８２ｂの外側にリング状に形成されて遊星歯車部８２ｂと歯合する内歯車部８２ｃとを有する。また、締緩部材５５ｂは、伝達手段８０Ｂの複数の遊星歯車部８２ｂ，８２ｂを支持し作動軸７０と同軸に回転可能な遊星キャリアに相当する。

図８に示す弁体４０の後退時（弁座２５の開弁時）では、電動式駆動機構６０の一方向の回転動により作動軸７０が一方向へ回転して、伝達手段８０Ｂの太陽歯車部８２ａを一方向へ回転させる（入力）。太陽歯車部８２ａの回転により、歯合する各遊星歯車部８２ｂが反対方向へ自転する。この時、各遊星歯車部８２ｂは内歯車部８２ｃとも歯合しているため、太陽歯車部８２ａの周囲を一方向へ公転する。このため、各遊星歯車部８２ｂを支持する締緩部材５５ｂが一方向へ回転される。つまり、作動軸７０からの一方向の回転動が、伝達手段８０Ｂにより締緩部材５５ｂへ一方向の回転動として伝達される。

伝達手段８０Ｂから一方向の回転動が締緩部材５５ｂに伝達されることにより、第１実施形態と同様に、締緩部材５５ｂが締め付け方向に回転されて、弁体保持軸部５０をばね部材５２の付勢力に抗して後退させる（出力）。これにより、弁体４０が弁座２５から離隔されて開弁状態となる。また、弁体４０の停止時も第１実施形態と同様に、電動式駆動機構６０が停止することにより作動軸７０、伝達手段８０Ｂ、締緩部材５５ｂがそれぞれ停止状態となって、弁体保持軸部５０がばね部材５２の付勢力に抗して停止状態で保持される。

次に、図９に示す弁体４０の前進時では、電動式駆動機構６０の反対方向の回転動により作動軸７０が反対方向へ回転して（入力）、遊星歯車機構である伝達手段８０Ｂを介して締緩部材５５ｂへ反対方向の回転動として伝達される。伝達手段８０Ｂから反対方向の回転動が伝達されることにより、締緩部材５５ｂは緩む方向に回転され、弁体保持軸部５０をばね部材５２の付勢力とともに前進させる（出力）。これにより、弁体４０が弁座２５に近接され、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５に当接（閉鎖）されて閉弁状態となる。

さらに、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５を閉鎖した時には、電動式駆動機構６０からの反対方向の回転動が作動軸７０から伝達手段８０Ｂを介して締緩部材５５ｂに伝達されるため、図１０に示すように、弁体保持軸部５０が前進せずに締緩部材５５ｂがさらに緩められて、締緩部材５５ｂ自身が後退し、ベアリング部材５６から離隔される。従って、弁体４０が閉鎖時に弁座２５に押し込まれず、弁体４０の閉鎖時における弁座２５との衝突や過大な摩擦等が回避ないし緩和され、これらの衝突や摩擦等に伴う問題の発生を一挙に解決することができる。また、従来のように弁体４０を弁座２５に対して全閉する力ないし弁座２５の全閉シール力等の押し込む力を維持するためのモータの励磁を維持する必要がなく、消費電流の問題のみならずモータの発熱による被制御流体の温度上昇に関連する種々の問題を一挙に解消することができ、従来のように「寸止め」する必要もななり、さらに締緩部材５５ｂの締め付け方向への回転動（開弁方向の移動）が負荷の無い状態からスタートできて微小な流量の開弁制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となる。

伝達手段８０Ｂは、遊星歯車機構であることから、入力軸となる作動軸７０と出力軸となる締緩部材５５ｂとを同軸に配置することができ、小型化や軽量化を図ることが可能となるとともに、剛性を高くすることができ、さらに負荷を複数の遊星歯車部８２ｂに分散できて摩耗や欠損等の劣化を抑制することができる。

図１２〜１４は、第３実施形態に係る電動流量調節弁１０Ｃの伝達手段８０Ｃ近傍の要部断面図であって、伝達手段８０Ｃが波動歯車装置によって構成された例である。波動歯車装置である伝達手段８０Ｃは、図１２〜図１５に示すように、作動軸７０に同軸に取り付けられたウェーブジェネレータ部８３ａと、ウェーブジェネレータ部８３ａの外側にリング状に形成されて電動式駆動機構の固定部材６４に固定されるとともに内周面に歯部が形成されたサーキュラスプライン部８３ｂと、ウェーブジェネレータ部８３ａとサーキュラスプライン部８３ｂとの間に介在されて楕円状にたわんで長軸部分でサーキュラスプライン部８３ｂと歯合するフレクスプライン部８３ｃとを有する。また、締緩部材５５ｃは、伝達手段８０Ｃのフレクスプライン部８３ｃを支持し作動軸７０と同軸に回転可能な部材である。

図１２に示す弁体４０の後退時（弁座２５の開弁時）では、電動式駆動機構６０の一方向の回転動により作動軸７０が反対方向へ回転して、伝達手段８０Ｃのウェーブジェネレータ部８３ａを反対方向へ回転させる（入力）。ウェーブジェネレータ部８３ａの回転により、フレクスプライン部８３ｃが弾性変形しながらサーキュラスプライン部８３ｂとの歯合位置を順次移動させて一方向へ回転される。このため、フレクスプライン部８３ｃを支持する締緩部材５５ｃが一方向へ回転される。つまり、作動軸７０からの反対方向の回転動が、伝達手段８０Ｃにより締緩部材５５ｃへ一方向の回転動として伝達される。

伝達手段８０Ｃから一方向の回転動が締緩部材５５ｃに伝達されることにより、第１実施形態と同様に、締緩部材５５ｃが締め付け方向に回転されて、弁体保持軸部５０をばね部材５２の付勢力に抗して後退させる（出力）。これにより、弁体４０が弁座２５から離隔されて開弁状態となる。また、弁体４０の停止時も第１実施形態と同様に、電動式駆動機構６０が停止することにより作動軸７０、伝達手段８０Ｃ、締緩部材５５ｃがそれぞれ停止状態となって、弁体保持軸部５０がばね部材５２の付勢力に抗して停止状態で保持される。

次に、図１３に示す弁体４０の前進時では、電動式駆動機構６０の一方向の回転動により作動軸７０が一方向へ回転して（入力）、波動歯車装置である伝達手段８０Ｃを介して締緩部材５５ｃへ反対方向の回転動として伝達される。伝達手段８０Ｃから反対方向の回転動が伝達されることにより、締緩部材５５ｃは緩む方向に回転され、弁体保持軸部５０をばね部材５２の付勢力とともに前進させる（出力）。これにより、弁体４０が弁座２５に近接され、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５に当接（閉鎖）されて閉弁状態となる。

さらに、ばね部材５２の付勢力によって弁体４０が弁座２５を閉鎖した時には、電動式駆動機構６０からの一方向の回転動が作動軸７０から伝達手段８０Ｃを介して締緩部材５５ｃに伝達されるため、図１４に示すように、弁体保持軸部５０が前進せずに締緩部材５５ｃがさらに緩められて、締緩部材５５ｃ自身が後退し、ベアリング部材５６から離隔される。従って、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、弁体４０が閉鎖時に弁座２５に押し込まれず、弁体４０の閉鎖時における弁座２５との衝突や過大な摩擦等が回避ないし緩和され、これらの衝突や摩擦等に伴う問題の発生を一挙に解決することができる。また、従来のように弁体４０を弁座２５に対して全閉する力ないし弁座２５の全閉シール力等の押し込む力を維持するためのモータの励磁を維持する必要がなく、消費電流の問題のみならずモータの発熱による被制御流体の温度上昇に関連する種々の問題を一挙に解消することができ、従来のように「寸止め」する必要もななり、さらに締緩部材５５ｃの締め付け方向への回転動（開弁方向の移動）が負荷の無い状態からスタートできて微小な流量の開弁制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となる。

伝達手段８０Ｃは、波動歯車装置であることから、入力軸となる作動軸７０と出力軸となる締緩部材５５ｃとを同軸に配置することができ、小型化や軽量化を図ることが可能となるとともに、簡易な構造で高い減速比が得られ、バックラッシュが少なく動力損失が抑制されて高効率で高精度に回転動を伝達することができる。

図１６は電動流量調節弁１０を利用した回路の概略図であり、図１７にその流量制御のグラフを示す。なお、この例では、電動流量調節弁１０の下流側に開閉弁９０が配置されており、図１７に示すように、開閉弁９０を開放したまま電動流量調節弁１０の開閉により流体の停止を含む流量制御が可能となる。ここでは、開閉弁９０は、緊急時の遮断や当該回路の停止時等に閉弁される。ちなみに、図２０は先述した従来の電動流量調節弁の「寸止め」の制御例を示したグラフであるが、従来の調節弁では寸止めした後に開閉弁によってその閉弁ないし開弁がなされる。

本発明の電動流量調節弁によれば、上に述べたように、弁体の閉鎖時における弁座との衝突等が回避ないし緩和されこれに伴う問題の発生を抑制することができる。のみならず、電動式流量調節弁の弁体の閉鎖時におけるモータへの摩擦力の増大を防止して、脱調を防ぎ、消費電流の問題だけではなく、モータの発熱に伴うプロセスへの悪影響を回避し、さらに弁座の全閉の手前で「寸止め」する必要がなく、微小流量の制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となるなど、電動流量調節弁の有用性を限りなく拡大するものである。

以上の通り、本発明の電動流量調節弁は、作動軸からの回転動が伝達手段を介して弁体保持軸部の後部に螺合された締緩部材に伝達され、ばね部材の付勢力によって閉弁した時には、締緩部材がさらに緩められて締緩部材自身が後退するように構成されていることにより、電動流量調節弁の弁体の閉鎖時におけるモータへの摩擦力の増大を防止して、脱調を防ぎ、消費電流の問題だけではなく、モータの発熱に伴うプロセスへの悪影響を回避し、さらに弁座の全閉の手前で「寸止め」する必要がなく、微小流量の制御や流量ゼロからの立ち上げなどのランプ制御が可能となる。そのため、従来の電動流量調節弁の代替品として有望である。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 電動流量調節弁（ニードル弁）
１１ ハウジング
１２ ハウジングの隔壁
２０ 弁室
２１ 流入部
２２ 流出部
２５ 弁座
３０ 保持チャンバー
４０ 弁体
４１ ニードル部
４５ ダイアフラム
４６ ダイアフラム固定部材
５０ 弁体保持軸部
５１ 保持軸部側ばね受け部
５２ ばね部材
５３ 駆動機構側ばね受け部
５４ 空間
５５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ 締緩部材
５６ ベアリング部材
６０ 電動式駆動機構（ステッピングモータ）
６１ 電動式駆動機構のロータ
６２ 電動式駆動機構のシャフト
６３ 電動式駆動機構の配線部
６４ 電動式駆動機構の固定部材
７０ 作動軸
８０ 伝達手段
８０Ａ 伝達手段（平歯車）
８０Ｂ 伝達手段（遊星歯車機構）
８０Ｃ 伝達手段（波動歯車装置）
８１ａ 第１平歯車
８１ｂ 第２平歯車
８１ｃ 第３平歯車
８２ａ 太陽歯車部
８２ｂ 遊星歯車部
８２ｃ 内歯車部
８３ａ ウェーブジェネレータ部
８３ｂ サーキュラスプライン部
８３ｃ フレクスプライン部
９０ 開閉弁
Ｓ 間隙部

Claims (5)

1. 電動式駆動機構の作動軸によってハウジング前部の弁室内にダイアフラムと一体に配置された弁体を弁座に対して進退させて前記弁座との開度を調節する流量調節弁において、
   前記弁体は前記弁室後部の保持チャンバーに周方向に回転不能に同軸的に嵌挿された弁体保持軸部に連結保持されており、
   前記弁体保持軸部はその後部に螺合する締緩部材を有するとともにばね部材により常時弁室側に付勢され、
   前記作動軸の先端側には、前記電動式駆動機構の回転動を前記締緩部材に伝達して回転させる伝達手段が設けられ、
   前記締緩部材は、前記伝達手段から伝達された回転動により前記弁体保持軸部を締緩して前記弁体保持軸部を進退動させるように構成されていて、
   前記弁体の後退時又は停止時には、前記締緩部材が締め付けられることにより前記ばね部材の付勢力に抗して前記弁体保持軸部を後退又は停止させて、前記弁体を前記弁座から離隔させ、
   前記弁体の前進時には、前記締緩部材が緩められることにより前記ばね部材の付勢力とともに前記弁体保持軸部を前進させて、前記弁体を前記弁座に近接させるとともに、
   前記ばね部材の付勢力によって前記弁体が前記弁座を閉鎖した時には、前記締緩部材がさらに緩められて前記締緩部材自身が後退するように構成されている
   ことを特徴とする電動流量調節弁。
2. 前記締緩部材と前記ハウジングの隔壁との間にベアリング部材が介在されている請求項１に記載の電動流量調節弁。
3. 前記伝達手段が、一または複数の平歯車によって構成されている請求項１または２に記載の電動流量調節弁。
4. 前記伝達手段が遊星歯車機構である請求項１または２に記載の電動流量調節弁。
5. 前記伝達手段が波動歯車装置である請求項１または２に記載の電動流量調節弁。

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