JP2023028272A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁座に複数の溝を形成してシート距離を長くするにあたって、部品数が少なく、かつ流体通路を簡単に形成することが可能な流量制御弁を提供する。【解決手段】弁箱２２に形成されて弁体が着座する弁座２７と、弁座２７の中央部に開口し、この開口３６に流体を導く流入通路３３と、弁座２７を囲む合流部２８を有する流出通路４１とを備える。弁座２７には、複数の流入用の溝３１と複数の流出用の溝３２とが形成されている。流入用の溝３１は、流入通路３３の開口３６から合流部２８に向けて合流部２８との間に第１の隔壁４４が形成されるように延びるとともに、開口３６を中心とする周方向に所定の間隔をおいて並ぶように形成されている。流出用の溝３２は、互いに隣り合う流入用の溝３１どうしの間に形成され、合流部２８から開口３６に向けて開口３６との間に第２の隔壁４５が形成されるように延びている。【選択図】 図２

Description

本発明は、マスフローコントローラに用いられる流量制御弁に関する。

半導体製造装置に使用されるマスフローコントローラは、近年において薄型化が進んでいる。これに伴い、マスフローコントローラの構成要素である流量制御弁も小型化が必須になっている。流量制御弁が小型化されると、流量制御弁を流れる流体の流量も少なくなる。流量制御弁を流れる流体の流量は、弁体の着座面と弁座の弁座面との距離と、上流側からの流入流路と下流側への流出通路との間のシート距離との関係に依存する。

シート距離を長くする（流路面積を増やす）ように設計された従来の流量制御弁としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているものがある
特許文献１に開示された流量制御弁は図６に示すように、上流側通路１と下流側通路２とが開口する円形凹部３を有するバルブボディ４と、円形凹部３の中に収容された円柱状の弁座部材５と、弁座部材５の弁座６に着座する弁体７などを備えている。

上流側通路１は、円形凹部３の内側底面３ａの中央部に開口している。下流側通路２は、円形凹部３の周壁３ｂに開口している。
弁座部材５の弁座６は、図７に示すように、弁体側から見て円形に形成されており、中央に位置する中央孔８と、中央孔８を囲むように同心円状に並ぶ第１～第６の環状溝９～１４とを有している。

中央孔８に隣接する第１の環状溝９と、第３および第５の環状溝１１，１３には、弁座部材５の軸線方向に延びる複数の第１の連通孔１５が開口している。第１の連通孔１５は、図６に示すように弁座部材５の内部に形成された大径通路１６に接続されている。大径通路１６は、上流側通路１に接続されている。このため、上流側通路１内の流体は、大径通路１６と、第１の連通孔１５とを通って第１、第３および第５の環状溝９，１１，１３に流入する。

一方、図７に示すように、第２、第４および第６の環状溝１０，１２，１４には、弁座部材５の軸線方向に延びる複数の第２の連通孔１７が開口している。中央孔８と第２の連通孔１７は、図６に示すように、弁座部材５の径方向に延びる第３の連通孔１８に接続されている。第３の連通孔１８は、弁座部材５の外周面５ａに開口している。弁座部材５の外周面５ａと円形凹部３の周壁３ｂとの間には環状の流体室１９が形成されている。この環状の流体室１９は下流側通路２に接続されている。このため、中央孔８と、第２、第４および第６の環状溝１０，１２，１４内の流体は、第２の連通孔１７と、第３の連通孔１８と、流体室１９とを通って下流側通路２に流れる。

この流量制御弁において、弁体７が弁座６から離れると、第１、第３および第５の環状溝９，１１，１３内の流体が中央孔８、第２、第４および第６の環状溝１０，１２，１４に流れ込む。このため、この流量制御弁は、環状の弁座を一つのみ有する一般的な弁と較べると、シート距離が長くなり、流量を増やすことが可能になる。
特許文献２に示す流量制御弁も特許文献１に示す流量制御弁と同等の構成、すなわち弁座に同心円状の上流側の通路と下流側の通路とが交互に多重に配置された構成が採られている。

特許第５７３５３３１号公報 特許第５６０６０８７号公報

特許文献１に開示された流量制御弁では、バルブボディ４の他に弁座部材５が必要になるために部品数が多くなる課題がある。また、弁座６の中央孔８や第１～第６の環状溝９～１４と、上流側通路１および下流側通路２とを接続する流体通路の構成が複雑で、流体通路部分を簡単に形成することができない課題もある。流体通路が複雑になる理由は主に２つある。第１の理由は、弁座部材５の軸線方向に延びて第１～第６の環状溝９～１４に開口する第１および第２の連通孔１５，１７を環状溝毎に複数ずつ設けなければならないからである。第２の理由は、複数の第２の連通孔１７を流体室１９に接続するために弁座部材５の径方向に延びる第３の連通孔１８が必要になるからである。特許文献２に開示されている流量制御弁においても特許文献１に示す流量制御弁と同等の課題がある。

本発明の目的は、弁座に複数の溝を形成してシート距離を長くするにあたって、部品数が少なく、かつ流体通路を簡単に形成することが可能な流量制御弁を提供することである。

この目的を達成するために本発明に係る流量制御弁は、弁箱に形成され、弁体が着座する平坦面からなる弁座と、前記弁座の中央部に開口し、前記弁箱の内部を通して前記開口に流体を導く流入通路と、前記弁座を囲む合流部を有し、前記合流部から流体を流出させる流出通路とを備え、前記弁座には、前記流入通路の前記開口から前記合流部に向けて前記合流部との間に隔壁が形成されるように延びるとともに、前記開口を中心とする周方向に所定の間隔をおいて並ぶように形成された複数の流入用の溝と、互いに隣り合う前記流入用の溝どうしの間に形成され、前記合流部から前記開口に向けて前記開口との間に隔壁が形成されるように延びる複数の流出用の溝とが形成されているものである。

本発明は、前記流量制御弁において、前記流入用の溝と前記流出用の溝は、前記流入通路の前記開口を中心とする螺旋状に形成されていてもよい。

本発明は、前記流量制御弁において、前記流入用の溝と前記流出用の溝は、前記流入通路の前記開口を中心として放射状に形成されていてもよい。

本発明によれば、弁座に複数の溝を形成してシート距離を長くするにあたって、部品数が少なく、かつ流体通路を簡単に形成することが可能な流量制御弁を提供することができる。

図１は、本発明に係る流量制御弁の要部の断面図である。 図２は、弁箱の一部を拡大して示す平面図である。 図３は、弁箱の一部を拡大して示す斜視断面図である。 図４は、弁座部分を拡大して示す斜視断面図である。 図５は、弁座の変形例を示す平面図である。 図６は、従来の流量制御弁の一部を示す断面図である。 図７は、従来の流量制御弁の弁座の平面図である。

以下、本発明に係る流量制御弁の一実施の形態を図１～図４を参照して詳細に説明する。図１の破断位置は、図２中にI－I線によって示す位置である。
図１に示す流量制御弁２１は、図１において下側に位置する弁箱２２と、この弁箱２２に重ねられたアクチュエータ２３とを備えている。
弁箱２２は、ステンレス鋼などの金属材料によって形成されており、アクチュエータ２３に向けて開口する円形凹部２４を有している。

円形凹部２４は、開口形状が円形で、所定の深さを有するように形成されている。円形凹部２４の中には円柱状を呈する弁体２５が収容されている。弁体２５は、アクチュエータ２３に連結されており、アクチュエータ２３によって駆動されて円形凹部２４内で軸線方向（図１においては上下方向）に移動する。弁体２５の外周面と円形凹部２４の周壁２４ａとの間には隙間が形成されている。円形凹部２４の開口部は、アクチュエータ２３を含む図示していないシール構造によってシールされている。

円形凹部２４の底２６は、図２に示すように、中央部に位置する弁座２７と、弁座２７を囲む環状の凹部からなる合流部２８とによって構成されている。弁座２７は、弁体２５側から見て円形に形成されている。この弁座２７には、後述する複数の流入用の溝３１と複数の流出用の溝３２とがそれぞれ凹設されている。この実施の形態による弁座２７の座面２７ａ、すなわち、弁座２７における、流入用の溝３１と流出用の溝３２とが形成されていない部分は、平坦面となるように形成されている。弁体２５は、全閉状態において、座面２７ａの全域に密着する状態で弁座２７に着座する。

弁座２７の中央には流入通路３３が開口している。流入通路３３は、図１に示すように、弁箱２２の一側部（図１においては左側の側部）に開口して弁箱２２内を弁体２５の軸線方向とは直交する方向に延びる流入孔３４と、流入孔３４から弁座２７の中央に向けて弁箱２２内を弁体２５の軸線方向に延びる流入側連通孔３５とによって構成されている。流入側連通孔３５が弁座２７の中央に開口している。流入孔３４と流入側連通孔３５は、それぞれ機械加工によって形成することができる。この流量制御弁２１を通る流体は、先ず、流入孔３４に流入する。流入通路３３は、流入孔３４に流入した流体を弁箱２２の内部を通して弁座２７の中央に位置する開口３６に導く。

合流部２８には流出通路４１の一部となる流出側連通孔４２が開口している。流出通路４１は、弁箱２２の他側部（図１においては右側の側部）に開口して弁箱２２内を弁体２５の軸線方向とは直交する方向に延びる流出孔４３と、流出孔４３から合流部２８に向けて弁箱２２内を弁体２５の軸線方向に延びる流出側連通孔４２と、この流出側連通孔４２に接続された合流部２８とによって構成されている。この流出通路４１は、流体を合流部２８の中から弁箱２２の外に流出させる。
流出通路４１を構成する流出側連通孔４２と、流出孔４３と、合流部２８は、いずれも機械加工によって形成することができる。

弁座２７に形成された複数の流入用の溝３１は、図２および図３に示すように、それぞれ流入通路３３の開口３６から合流部２８に向けて延びている。この実施の形態においては、流入用の溝３１が流入通路３３の開口３６から４方向に延びている。個々の流入用の溝３１は、弁座２７の中央側に位置する一端が開口３６に接続され、開口３６から合流部２８に向かうにしたがって次第に周方向の一方に（図２においては反時計方向に）向けて湾曲するように形成されている。すなわち、複数の流入用の溝３１は、開口３６を中心とする周方向に所定の間隔をおいて並び、開口３６を中心とする螺旋状に形成されている。
また、流入用の溝３１における、合流部２８に近接する他端は閉じている。この他端と合流部２８との間には第１の隔壁４４が形成されている。

これらの複数の流入用の溝３１の間、すなわち、互いに隣り合う流入用の溝３１どうしの間には、流出用の溝３２が形成されている。
流出用の溝３２は、一端が合流部２８に接続され、合流部２８から流入用の溝３１に沿って流入通路３３の開口３６に向けて延びるように形成されている。このため、流出用の溝３２も、流入通路３３の開口３６を中心とする螺旋状に形成されている。

流出用の溝３２の開口３６に近接する他端は閉じており、この他端と開口３６との間には第２の隔壁４５が形成されている。
流入用の溝３１と流出用の溝３２は、弁箱２２に機械加工によって形成することができる。なお、流入用の溝３１と流出用の溝３２を浅く形成する場合は、これらの溝を例えばエッチングによって形成することができる。

このように構成された流量制御弁２１において、弁体２５が弁座２７に着座している状態では、流入用の溝３１と流出用の溝３２の開放部分がそれぞれ弁体２５によって閉塞される。この状態においては、流入用の溝３１に接続された流入通路３３と、流出用の溝３２に接続された流出通路４１とが互いに連通することはなく、流量制御弁２１を流体が通過することはない。

弁体２５が弁座２７から離れると、図４中に矢印で示すように、流入用の溝３１の中の流体が弁体２５と弁座２７との間の隙間を通って溢れ出るようにして流出用の溝３２に流れ込む。流出用の溝３２に入った流体は、流出用の溝３２の中を流れて合流部２８に流出する。そして、全ての流出用の溝３２から流出した流体が合流部２８の中で合流し、流出側連通孔４２から流出孔４３を通って弁箱２２の外に流出する。

このため、この流量制御弁２１においては、複数の流入用の溝３１に流体を導くにあたって、弁体２５の軸線方向に延びる通路を溝毎に形成する必要がなく、一つの流入側連通孔３５によって行うことができる。また、複数の流出用の溝３２から流体を排出するにあたっては、環状に形成された一つの合流部２８で流体を合流させているから、弁体２５の軸線方向に延びる通路を溝毎に形成する必要がなく、一つの流出側連通孔４２によって全ての流体を排出することができる。
さらに、この実施の形態による流入用の溝３１と流出用の溝３２は、弁箱２２に形成されているから、特許文献１に記載されているような弁箱とは別体の弁座部材は不要である。

したがって、この実施の形態によれば、弁座に複数の溝を形成してシート距離を長くするにあたって、部品数が少なく、かつ流体通路を簡単に形成することが可能な流量制御弁を提供することができる。

この実施の形態による流入用の溝３１と流出用の溝３２は、流入通路３３の開口３６を中心とする螺旋状に形成されている。このため、弁座２７の限られたスペースに流入用の溝３１と流出用の溝３２とをシート距離が可及的長くなるように形成することができる。

（流入用の溝と流出用の溝の変形例）
流入用の溝３１と流出用の溝３２は図５に示すように構成することができる。図５において、図１～図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図５に示す流入用の溝３１と流出用の溝３２は、流入通路３３の開口３６を中心として放射状に形成されている。

詳述すると、流入用の溝３１は、流入通路３３の開口３６から円形凹部２４の径方向外側に向けて直線状に延びている。また、流入用の溝３１は、円形凹部２４の周方向に所定の間隔をおいて並ぶ位置にそれぞれ形成されている。
流出用の溝３２は、互いに隣り合う二つの流入用の溝３１どうしの間に形成され、円形凹部２４の径方向に直線状に延びている。
流入用の溝３１と流出用の溝３２とを図５に示すように形成する場合であっても、弁座に複数の溝を形成してシート距離を長くするにあたって、部品数が少なく、かつ流体通路を簡単に形成することが可能な流量制御弁を提供することができる。

２１…流量制御弁、２２…弁箱、２４…円形凹部、２４ａ…周壁、２７…弁座、２８…合流部、３１…流入用の溝、３２…流出用の溝、３３…流入通路、３６…開口、４１…流出通路、４４…第１の隔壁、４５…第２の隔壁。

Claims (3)

1. 弁箱に形成され、弁体が着座する平坦面からなる弁座と、
   前記弁座の中央部に開口し、前記弁箱の内部を通して前記開口に流体を導く流入通路と、
   前記弁座を囲む合流部を有し、前記合流部から流体を流出させる流出通路とを備え、
   前記弁座には、
   前記流入通路の前記開口から前記合流部に向けて前記合流部との間に隔壁が形成されるように延びるとともに、前記開口を中心とする周方向に所定の間隔をおいて並ぶように形成された複数の流入用の溝と、
   互いに隣り合う前記流入用の溝どうしの間に形成され、前記合流部から前記開口に向けて前記開口との間に隔壁が形成されるように延びる複数の流出用の溝とが形成されていることを特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１記載の流量制御弁において、
   前記流入用の溝と前記流出用の溝は、前記流入通路の前記開口を中心とする螺旋状に形成されていることを特徴とする流量制御弁。
3. 請求項１記載の流量制御弁において、
   前記流入用の溝と前記流出用の溝は、前記流入通路の前記開口を中心として放射状に形成されていることを特徴とする流量制御弁。

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