JP2024028101A - 流体制御バルブ及び流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体を含む磁路の磁気抵抗を小さくすることにより、より少ない電流又は電圧で流体制御を行うことができる。【解決手段】内部流路２Ｒが形成された流路ブロック２と、流路ブロック２に固定されており、弁座面５ａを有するオリフィス５と、弁座面５ａに着座する着座面６ａを有する磁性体からなる弁体６と、弁体６を磁力によって駆動するアクチュエータ部７とを備え、アクチュエータ部７は、弁体６の着座面６ａとは反対側の面６ｂに対向して設けられた鉄心７１と、鉄心７１に巻回されたソレノイドコイル７２と、鉄心７１及びソレノイドコイル７２を収容する磁性体からなるケーシング７３とを有し、ケーシング７３は、弁体６の周囲を取り囲む位置まで延びている。【選択図】図２

Description

本発明は、流体制御バルブ及び流体制御装置に関するものである。

従来、流体制御バルブとしては、特許文献１に示すように、ソレノイドコイルを用いた比例電磁弁が用いられている。この比例電磁弁は、弁体を有する可動鉄心を磁性体により構成し、当該可動鉄心を駆動するアクチュエータとして、固定鉄心及び当該固定鉄心に巻回されたコイルを用いている。そして、コイルを通電することによって、固定鉄心及び可動鉄心に磁束が通過して、可動鉄心が固定鉄心に吸引されて、弁座に対する弁体の位置が調整される。

特開２０１１－１４５８００号公報

ところで、流体制御バルブを半導体製造装置におけるプロセスガスの供給ラインに用いる場合には、そのプロセスガスとの接ガス面積をできるだけ減少させることが望ましい。このため、プロセスガスが流れる内部流路が形成された流路ブロックの内部に、弁座を有するオリフィスを収容することが考えられる。オリフィスを流路ブロックに収容することによって、弁座を通じる流路の長さを短くすることができ、これによって、接ガス面積を減少することが期待できる。

しかしながら、オリフィスを流路ブロックに収容する構成にすると、オリフィスに対向して配置される弁体及び当該弁体を駆動するアクチュエータ部を流路ブロックに取り付ける構成となる。そうすると、アクチュエータ部から発生した磁束を効率良く弁体に通過させることができず、磁気性能が低下してしまう。その結果、弁体を変位させるためにアクチュエータ部に通電する電流又は電圧を大きくする必要が生じる。

そこで、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、弁体を含む磁路の磁気抵抗を小さくすることにより、より少ない電流又は電圧で流体制御を行うことをその主たる課題とするものである。

すなわち、本発明に係る流体制御バルブは、内部流路が形成された流路ブロックと、前記流路ブロックに収容されており、弁座面を有するオリフィスと、前記弁座面に着座する着座面を有する磁性体からなる弁体と、前記弁体を磁力によって駆動するアクチュエータ部とを備え、前記アクチュエータ部は、前記弁体の着座面とは反対側の面に対向して設けられた鉄心と、前記鉄心に巻回されたソレノイドコイルと、前記鉄心及び前記ソレノイドコイルを収容する磁性体からなるケーシングとを有し、前記ケーシングは、前記弁体の周囲を取り囲む位置まで延びていることを特徴とする。

このような流体制御バルブによれば、弁座面を有するオリフィスを流路ブロックに収容しているので、弁座を通じる流路の長さを短くすることができ、これによって、接ガス面積を減少することが期待できる。この構成において、鉄心及びソレノイドコイルを収容する磁性体からなるケーシングが、磁性体からなる弁体の周囲を取り囲む位置まで延びており、ソレノイドコイルにより発生した磁束を弁体の周囲に導く磁路が形成されるので、弁体を含む磁路の磁気抵抗を小さくして磁気特性を向上することができる。その結果、より少ない電流又は電圧で流体制御を行うことが可能となる。

前記ケーシングが前記弁体の周囲を取り囲む位置まで延びている構成例としては、前記弁体の着座面とは反対側の面は、前記ケーシングにおける前記流路ブロック側の先端面よりも、前記鉄心側に位置していることが挙げられる。

また、本発明に係る流体制御バルブは、前記鉄心と前記弁体との距離を調整する距離調整機構をさらに備えることが望ましい。
この距離調整機構により鉄心と弁体との距離を調整することで、最適な磁界（磁束密度）になるように調整（増減）することができる。これにより、例えばフルオープン時の弁開度を調整することができる。例えば一定電圧を印加しながら流体を流すことで、調整したいフルスケール（ＦＳ）の流体になるようにバルブの開度設定を行うことができるようになる。また、例えば微小流量を制御したい場合には、鉄心と弁体との距離を離すことにより、弁体を吸引する磁力が弱まり、微小流量の制御が可能となる。

流体制御バルブの具体的な実施の態様としては、流体制御バルブが、前記流路ブロックに取り付けられ、前記弁体を収容する取付ブロックをさらに備え、前記鉄心は、前記ケーシングに固定されていることが考えられる。
この構成であれば、流路ブロックに対して取付ブロックを取り外すことによって、弁体とともにアクチュエータ部を取り外すことができ、分解が容易となり、メンテナンスを容易にすることができる。また、前記取付ブロックに前記ケーシングが取り付けられることにより、前記鉄心が前記弁体の着座面とは反対側の面に対向して設けられることになる。
この構成において、距離調整機構の具体的な実施の態様としては、前記距離調整機構は、前記ケーシング及び前記取付ブロックにより構成されていることが望ましい。

距離調整機構の具体的な実施の態様としては、前記ケーシングの外側周面又は前記取付ブロックの一方に形成された雄ねじ部と、前記ケーシングの外側周面又は前記取付ブロックの他方に形成され、前記雄ねじ部が螺合する雌ねじ部とを有することが考えられる。
この構成であれば、取付ブロックに対してケーシングを回転させるという簡単な操作により、鉄心と弁体との距離を調整することができる。

前記取付ブロックには、前記ケーシングに対して進退可能に設けられ、前記取付ブロックに対して前記ケーシングを固定する固定部が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、距離調整機構により鉄心と弁体との距離を調整した後に固定部でケーシングを固定することで、鉄心と弁体との距離を確実に維持することができる。

固定部によりケーシングを固定するための具体的な実施の態様としては、前記ケーシングは、前記流路ブロック側である先端部に円筒端部を有しており、前記取付ブロックは、前記円筒端部を収容するスリットを有しており、前記取付ブロックにおける前記スリットを形成する側壁部に前記固定部が設けられており、前記円筒端部は、前記固定部によって、前記取付ブロックにおける前記スリットを形成する側壁部に固定されることが望ましい。

前記ケーシングは、前記取付ブロックの内部に位置する肉薄部と、前記取付ブロックの外部に位置して前記肉薄部よりも壁厚が大きい肉厚部とを有することが望ましい。また、外側周面に前記雄ねじ部又は前記雌ねじ部が形成される肉薄部と、当該肉薄部よりも前記流路ブロックとは反対側に形成された肉厚部とを有することが望ましい。
この構成であれば、ケーシングが肉厚部を有するので、磁力線が外部に漏れにくくなり、弁体に磁力線を効率よく通過させることができ、弁体を引き上げやすくすることができる。また、肉厚部が取付ブロックの外部に位置しているので、肉薄部の外径を小さくすることができ、取付ブロックを大型化する必要がない。また、取付ブロックに対してケーシングを回転させる際に肉厚部を操作することになり、回転トルクが小さくなり、ケーシングを回転させやすくできる。

各部材の寸法公差を吸収してソレノイドコイルを固定するためには、前記鉄心及び前記ケーシングは前記ソレノイドコイルに対してスライド移動可能に設けられており、前記距離調整機構による前記鉄心及び前記ケーシングの移動に関わらず、前記ソレノイドコイルと前記弁体との相対位置は変化しないように構成されていることが望ましい。

流体制御バルブの分解及び組み立てを容易にしてメンテナンスを容易にするためには、前記流路ブロックは、前記オリフィスを収容する収容凹部を有していることが望ましい。

また、流体制御バルブの組み立てを容易にするためには、前記取付ブロックは、前記流路ブロックに取り付けられることにより、前記収容凹部に収容されたオリフィスを固定するものであることが望ましい。

ソレノイドコイルに線径の太い線材を用いた場合には、抵抗値が下がり、電流値が大きくなる。そのため、磁力が高くなるが、発熱しやすい。一方、ソレノイドコイルに線径の細い線材を用いた場合には、抵抗値が上がり、電流値が小さくなる。そのため、磁力が低くなるが、発熱しにくい。
これらの性質を組み合わせて磁力を高くしつつ発熱しにくい構成とするためには、前記ソレノイドコイルは、線径が互いに異なる複数の線材を用いて構成されていることが望ましい。

線径が互いに異なる複数の線材を用いる具体的な構成としては、前記ソレノイドコイルは、前記鉄心の軸方向に沿って複数のコイル要素に分割されており、それら複数のコイル要素の線材は、互いに線径が異なることが望ましい。
例えば、鉄心の軸方向に沿って弁体側に向かって線径が小さくなる構成とすれば、弁体側でのコイルの発熱を抑えることができ、コイルの発熱が流体や周辺機器等に与える温度影響を低減することができる。また、流体制御バルブとともに熱式流量センサが用いられる場合には、コイルの発熱が熱式流量センサに与える温度影響を低減することができる。
また、鉄心の軸方向に沿って弁体側に向かって線径が大きくなる構成とすれば、弁体側でのコイルの発熱を大きくすることができ、流体制御バルブを流れる流体を加熱することができる。例えば流体制御バルブを流れる流体が蒸気圧の低いガスであれば、コイルの発熱によりガスの液化を防ぐことができ、液化により生じる弁体等の腐食をふせぐことができる。

前記ソレノイドコイルは、空芯コイル（ボビンレスコイルとも呼ばれる。）であることが望ましい。
この構成であれば、磁気抵抗となるボビンが無いので、ソレノイドコイルにより発生する磁束を効率良く弁体に通過させることができる。

本発明の流体制御バルブを所謂ノーマルクローズタイプのものとするには、前記着座面を前記弁座面に向けて付勢する弾性体をさらに有し、前記アクチュエータ部は、前記弁体を磁力によって開弁する方向に駆動するものとすることが考えられる。この構成において、弁体が駆動されていない状態で確実に着座面を弁座面に着座させるためには、前記弁体と前記弾性体とが接合されていることが望ましい。ここで、接合には、機械接合、溶接接合又は接着接合が含まれる。

また、本発明に係る流体制御装置は、上述した流体制御バルブと、流体の流量又は圧力を測定する流体センサと、前記流体センサで測定される測定値と所定の目標値とに基づいて、前記流体制御バルブの開度を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、弁体を含む磁路の磁気抵抗を小さくすることにより、より少ない電流又は電圧で流体制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る流体制御装置を示す模式図である。 同実施形態の流体制御バルブ（閉弁状態）の断面図である。 同実施形態の流体制御バルブ（開弁状態）の部分拡大断面図である。 同実施形態の支持部材（弾性体）及び弁体を着座面から見た平面図及び斜視図である。 同実施形態の距離調整前後の状態を示す部分拡大断面図である。 変形実施形態の流体制御バルブ（開弁状態）の部分拡大断面図である。 変形実施形態の流体制御バルブ（閉弁状態）の断面図である。 変形実施形態の流体制御バルブ（閉弁状態）の断面図である。 変形実施形態の流体制御バルブ（閉弁状態）の断面図である。

以下に、本発明に係る流体制御バルブを用いた流体制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

＜装置構成＞
本実施形態の流体制御装置１００は、例えば半導体製造装置に組み込まれることにより半導体製造プロセスに用いられるものであって、例えば半導体処理チャンバに接続された１又は複数のガス供給ラインに設けられて、各ガス供給ラインを流れるプロセスガスの流量を制御するものである。

具体的に流体制御装置１００は、いわゆる差圧式マスフローコントローラ（差圧式ＭＦＣ）であり、図１に示すように、内部流路２Ｒが形成された流路ブロック２と、当該流路ブロック２に搭載された流量センサ３１及び流体制御バルブ３２を含む流体制御機器３と備えている。

流路ブロック２は、矩形状のものであり、所定面に流量センサ３１及び流体制御バルブ３２が設けられている。また、流路ブロック２には、所定面に流体制御バルブ３２を取り付けるための凹状の収容凹部２Ｍが形成されており、収容凹部２Ｍによって内部流路２Ｒが上流側流路２Ｒ１と下流側流路２Ｒ２とに分断されている。そして、収容凹部２Ｍには、例えば底面に上流側流路２Ｒ１の一端が開口していると共に、例えば底面に下流側流路２Ｒ２の一端が開口している。

流体制御機器３は、内部流路２Ｒの流体を制御するものであり、内部流路２Ｒを流れる流体の流量を測定する流量センサ３１と、流量センサ３１の上流側に設けられた流体制御バルブ３２とを有している。なお、流体制御バルブ３２は、後述する制御部４によって、その弁開度がフィードバック制御される。

流量センサ３１は、差圧式流量センサであり、内部流路２Ｒに設けられたリストリクタ又はオリフィス等の流体抵抗素子３３の上流側に設けられた上流側圧力センサ３１ａと、流体抵抗素子３３の下流側に設けられた下流側圧力センサ３１ｂを有している。上流側圧力センサ３１ａ及び下流側圧力センサ３１ｂは、流路ブロック２の所定面において流体制御バルブ３２とともに一列に並べて取り付けてある。そして、後述する制御部４の流量算出部４ａによって、上流側圧力センサ３１ａにより検出された流体抵抗素子３３の上流側圧力Ｐ１、及び、下流側圧力センサ３１ｂにより検出された流体抵抗素子３３の下流側圧力Ｐ２を用いて、内部流路２Ｒを流れる流量Ｑが算出される。

流体制御バルブ３２は、差圧式流量センサ３１の上流側に設けられている。具体的に流体制御バルブ３２は、ソレノイドにより弁体を弁座に対して進退移動させることにより、流量を制御するソレノイドバルブ（電磁弁）である。本実施形態では、弁体を駆動していない状態で全閉状態となる所謂ノーマルクローズタイプのものである。なお、流体制御バルブ３２は、制御部４のバルブ制御部４ｂにより制御される。流体制御バルブ３２の詳細構成は後述する。

制御部４は、上流側圧力Ｐ１及び下流側圧力Ｐ２に基づいて内部流路２Ｒを流れる流量Ｑを算出する流量算出部４ａと、流量算出部４ａにより算出された流量Ｑ及び目標流量（設定値）に基づいて流体制御バルブ３２を制御するバルブ制御部４ｂとを有している。なお、制御部４は、例えばＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段を具備するいわゆるコンピュータであって、メモリに格納されている流量制御プログラムが実行されて各種機器が協働することにより、流量算出部４ａ及びバルブ制御部４ｂ等としての機能を発揮する。

＜流体制御バルブ３２の詳細構成＞
本実施形態の流体制御バルブ３２は、図２及び図３に示すように、平面状の弁座面５ａを有するオリフィス５と、弁座面５ａに面接触して着座する平面状の着座面６ａを有する弁体６と、弁体６を磁力によって駆動するアクチュエータ部７とを備えている。

オリフィス５は、概略回転体形状をなすものであり、図２及び図３に示すように、流路ブロック２の収容凹部２Ｍに収容されている。そして、オリフィス５には、収容凹部２Ｍの開口側を向く上面に円環状の弁座面５ａが形成されている。なお、オリフィス５は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼といった非磁性体から形成されている。

また、オリフィス５には、弁座面５ａの内側においてその中央部に弁座面５ａ側から当該弁座面５ａとは反対面側に貫通する貫通孔５１が形成されている。この貫通孔５１は、収容凹部２Ｍの底面に開口する上流側流路２Ｒ１に連通している。なお、貫通孔５１の周囲と収容凹部２Ｍの底面との間には、Ｏリング等のシール部材Ｓ１が設けられており、液密にシールされている。

さらに、オリフィス５には、弁座面５ａから内部に流入した流体を下流側流路２Ｒ２に流出する導出路５２が形成されている。本実施形態の導出路５２は、弁座面５ａの外側において弁座面５ａ側から当該弁座面５ａとは反対面側に貫通する貫通孔である。この導出路５２は、収容凹部２Ｍの底面に開口する上流側流路２Ｒ１に連通している。

弁体６は、概略回転体形状をなすものであり、図２及び図３に示すように、収容凹部２Ｍに収容されたオリフィス５に対向して設けられている。また、弁体６は、頂面に平面状の着座面６ａを有する凸部６１を有している。なお、弁体６は、例えばＫＭ４５等の電磁ステンレス鋼といった磁性体から形成されている。

この弁体６は、流路ブロック２の所定面（上面）に取り付けられる取付ブロック８に収容されている。なお、取付ブロック８は、例えばＫＭ４５等の電磁ステンレス鋼といった磁性体から形成されている。そして、弁体６は、取付ブロック８に対して例えば板バネ等の弾性体からなる支持部材９によって支持されている。この支持部材９は、弁体６の着座面６ａが弁座面５ａ側を向いた状態で支持するものである。具体的に支持部材９は、図４に示すように、円環状をなすものであり、その中央開口部９１に弁体６の凸部６１が挿し通されて、弁体６を支持するものである。また、この支持部材９及び弁体６とは、例えばレーザ溶接などの溶接接合により一体構造とされている。なお、支持部材９及び弁体６を一体構造にする接合は、機械接合又は接着接合であっても良い。また、支持部材９は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼といった非磁性体から形成されている。さらに、支持部材９は、ばね性を有し、透磁率を考慮した半導体接ガス部に適した耐食性のある材料から形成されている。

そして、弁体６には、図３に示すように、円環状の弁座面５ａに対応した円形状の着座面６ａが形成されている。また、弁体６は、アクチュエータ部７による駆動力が加わっていない状態、つまり、流体制御バルブ１００を組み立てた状態では、支持部材９が弾性変形しており、着座面６ａが支持部材９により弁座面５ａに対して弾性力によって付勢され、着座面６ａが弁座面５ａに着座した状態となる。

また、取付ブロック８は、流路ブロック２に取り付けられることにより、収容凹部２Ｍに収容されたオリフィス５を固定するものでもある。具体的には、取付ブロック８の流路ブロック２を向く面（下面）がオリフィス５の上面に接触し、オリフィス５の下面を収容凹部２Ｍの底面に対してシール部材Ｓ１を介して押圧固定する。なお、取付ブロック８と流路ブロック２との間には、金属シール等のシール部材Ｓ２が設けられており、液密にシールされている。

アクチュエータ部７は、図２及び図３に示すように、弁体６の着座面６ａとは反対側の面６ｂに対向して設けられた鉄心７１と、鉄心７１に巻回されたソレノイドコイル７２と、鉄心７１及びソレノイドコイル７２を収容するケーシング７３とを有している。

鉄心７１は、概略円柱形状をなすものであり、その一端部（図２において上端部）がケーシング７３に接続されており、他端部（図２において下端部）が弁体６の着座面６ａとは反対側の面６ｂに対向する。なお、鉄心は、例えばＳ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼鋼材といった磁性体により形成されている。

ソレノイドコイル７２は、鉄心７１の外側周面を取り囲むように巻回して配置されており、具体的には、鉄心７１が挿し通されるボビン７２１に巻回されている。ここで、ボビン７２１は、鉄心７１に対してスライド移動可能に設けられている。なお、ボビン７２１は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼といった非磁性体から形成されている。

ケーシング７３は、円筒形状をなすものであり、その上壁部が鉄心７１の上端部に接続されている。また、ケーシング７３の上壁部とソレノイドコイル７２（具体的にはボビン７２１の上端部）との間には、ウェーブスプリング等の弾性体７４が設けられている。なお、ケーシング７３は、例えばＳ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼鋼材といった磁性体により形成されている。また、ケーシング７３及び鉄心７１は一体形成しても良い。

また、ケーシング７３は、取付ブロック８に取り付けられるものであり、当該ケーシング７３が取付ブロック８に取り付けられることにより、ケーシング７３に接続された鉄心７１が弁体６の着座面６ａとは反対側の面６ｂに対向して設けられることになる。

そして、ケーシング７３は、弁体６の周囲を取り囲む位置まで延びており、ソレノイドコイル７２により発生した磁束を弁体６の周囲に導く磁路を形成している。弁体６の周囲を取り囲む位置は、弁体６の進退方向に直交する方向において弁体６の外側周面に対向する位置である。この構成により、弁体６の着座面６ａとは反対側の面６ｂ（図２及び図３において上面）は、ケーシング７３における流路ブロック２側の先端面（図２及び図３において下面）よりも、鉄心７１側（上側）に位置している。具体的にケーシング７３は、例えば、閉弁状態にある弁体６の周囲において弁体６の外側周面の少なくとも上半分を取り囲む位置まで延びている。

然して、本実施形態では、図２、図３及び図５に示すように、鉄心７１と弁体６との距離を調整する距離調整機構１０を備えている。

この距離調整機構１０は、鉄心７１と弁体６との対向面間の距離を調整するものであり、ケーシング７３及び取付ブロック８の間に介在し、ケーシング７３及び取付ブロック８により構成されている。ここで、鉄心７１と弁体６との対向面とは、鉄心７１の下端面７１ａ及び弁体６の着座面６ａとは反対側の面６ｂである。

具体的に距離調整機構１０は、ケーシング７３の外側周面に形成された雄ねじ部１０ａと、取付ブロック８に形成され、雄ねじ部１０ａが螺合する雌ねじ部１０ｂとを有している。この構成により、雄ねじ部１０ａ及び雌ねじ部１０ｂを螺合させることにより、ケーシング７３が取付ブロック８に取り付けられる。また、ケーシング７３を取付ブロック８に対して回転させることにより、図５に示すように、ケーシング７３が取付ブロック８に対して軸方向に進退して、鉄心７１と弁体６との対向面間の距離が調整される。

ここで、取付ブロック８には、図２、図３及び図５に示すように、雌ねじ部１０ｂが形成された側壁部８１において、ケーシング７３に対して進退可能に設けられ、取付ブロック８に対してケーシング７３を固定する固定部である留めねじ１１が設けられている。この留めねじ１１は、距離調整機構１０によるケーシング７３の移動方向とは直交する方向に進退可能とされている。

具体的にケーシング７３は、図２、図３及び図５に示すように、雄ねじ部１０ａよりも流路ブロック側である先端部に円筒端部７３ｘを有しており、留めねじ１１は当該円筒端部７３ｘに押圧接触して、取付ブロック８に対してケーシング７３を固定する。本実施形態の円筒端部７３ｘは、ケーシング７３においてソレノイドコイル７２を収容している収容本体部７３ｙと同一径を有するものである。つまり、ケーシング７３は、取付ブロック８に取り付けるためのフランジ部を有さない構成である。

より詳細には、取付ブロック８は、図３に示すように、円筒端部７３ｘを収容する円環状のスリット８Ｓを有しており、当該スリット８Ｓを形成する径方向外側の側壁部８１１に留めねじ１１が設けられている。また、当該スリット８Ｓを形成する径方向内側の側壁部８１２は、弁体６の外側周面を取り囲むように設けられている。そして、円筒端部７３ｘは、留めねじ１１によって、スリット８Ｓを形成する径方向内側の側壁部８１２に押圧固定される。この構成により、ケーシング７３の円筒端部７３ｘに到達した磁束は、径方向内側の側壁部８１２を通じて、弁体６に流れる。

本実施形態では、上記の距離調整機構１０によってケーシング７３及び鉄心７１が取付ブロック８に対して移動しても、ソレノイドコイル７２と取付ブロック８（弁体６）との相対位置が変化しないように構成されている（図５参照）。具体的には、ソレノイドコイル７２が鉄心７１及びケーシング７３に対してスライド移動可能に設けられている。また、ケーシング７３の上壁部とソレノイドコイル７２（ボビン７２１の上端部）との間に設けられたウェーブスプリング７４によって取付ブロック８側に押圧されるように構成されている。このウェーブスプリング７４は、寸法公差を吸収してソレノイドコイル７２を固定するものである。なお、各部材の寸法精度が出ていれば、ウェーブスプリング７４を設けない構成としても良い。

なお、ボビン７２１の下端面と取付ブロック８の上端面との間には、図３に示すように、ダイアフラムシール１２が設けられており、ボビン７２１の下端面と取付ブロック８の上端面との間を液密にシールしている。なお、ダイアフラムシール１２は、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼といった非磁性体から形成されている。

次に本実施形態の流体制御バルブ３２の動作について簡単に説明する。

アクチュエータ部７のソレノイドコイル７２に電流が流れていない全閉状態において、弁体６は支持部材９の弾性力によってオリフィス５側に付勢されており、弁体６の着座面６ａはオリフィス５の弁座面５ａに押圧接触している。

そして、ソレノイドコイル７２に電流を流すと、ソレノイドコイル７２によって磁束が発生して、鉄心７１及びケーシング７３を通じて弁体６に磁束が流れる。これにより、弁体６は鉄心７１に吸引されて、弁体６の着座面６ａがオリフィス５の弁座面５ａから離れて開弁状態となる。なお、流体制御バルブ３２の弁開度は、ソレノイドコイル７２に通電する電流を制御することによって調整される。ここで、ケーシング７３の円筒端部７３ｘは、弁体６を取り囲む位置に延びており、ケーシング７３の円筒端部７３ｘからスリット８Ｓの径方向内側の側壁部８１２を通じて、弁体６に磁束が流れる。これにより、弁体６を含む磁路の磁気抵抗を小さくして磁気特性を向上することができる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の流体制御装置１００によれば、弁座面５ａを有するオリフィス５を流路ブロック２に収容しているので、弁座面５ａを通じる流路の長さを短くすることができ、これによって、接ガス面積を減少することが期待できる。この構成において、鉄心７１及びソレノイドコイル７２を収容する磁性体からなるケーシング７３が、磁性体からなる弁体６の周囲を取り囲む位置まで延びており、ソレノイドコイル７２により発生した磁束を弁体６の周囲に導く磁路を形成しているので、弁体６を含む磁路の磁気抵抗を小さくして磁気特性を向上することができる。その結果、より少ない電流又は電圧で流体制御を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、弁体６を含む磁路の磁気抵抗を小さくして磁気特性を向上することにより、ソレノイドコイル７２を通電した際の鉄心７１への吸引力を大きくすることができる。その結果、着座面６ａを弁座面５ａに押圧接触させる支持部材９の弾性力（ばね定数）を大きくすることができ、全閉状態におけるシートリーク（液漏れ）を抑止することができる。

さらに、本実施形態では、鉄心７１と弁体６との距離を調整する距離調整機構１０を備えているので、距離調整機構１０により鉄心７１と弁体６との距離を調整することで、最適な磁界（磁束密度）になるように調整（増減）することができる。これにより、例えばフルオープン時の弁開度を調整することができる。例えば一定電圧を印加しながら流体を流すことで、調整したいフルスケール（ＦＳ）の流体になるようにバルブの開度設定を行うことができるようになる。また、例えば微小流量を制御したい場合には、鉄心７１と弁体６との距離を離すことにより、弁体６を吸引する磁力が弱まり、微小流量の制御が可能となる。

＜その他の実施形態＞
例えば、前記実施形態の距離調整機構１０は、雄ねじ部１０ａ及び雌ねじ部１０ｂにより構成されているが、図６に示すように、留めねじ１１により構成しても良い。この場合、取付ブロック８に円筒端部７３ｘを収容する円環状のスリット８Ｓを形成し、当該スリット８Ｓにおいて円筒端部７３ｘを上下方向に調整した後に、留めねじ１１で固定する構成とすることが考えられる。

また、前記実施形態の距離調整機構１０の雄ねじ部１０ａ及び雌ねじ部１０ｂを逆の構成、つまり、取付ブロック８に雄ねじ部１０ａを形成し、ケーシングの内側周面に雌ねじ部１０ｂを形成しても良い。

さらに、図７に示すように、ソレノイドコイル７２を、線径が互いに異なる複数の線材を用いて構成しても良い。具体的にソレノイドコイル７２は、鉄心７１の軸方向に沿って複数のコイル要素７２Ａ～７２Ｃに分割されている。なお、図７では、３つのコイル要素に分割されているが、２つのコイル要素に分割されても良いし、４つ以上のコイル要素に分割されても良い。なお、各コイル要素７２Ａ～７２Ｃは、ボビン７２１Ａ～７２１Ｃにそれぞれ巻かれて構成されている。

そして、複数のコイル要素７２Ａ～７２Ｃの線材は、互いに線径が異なる。図７では、各コイル要素７２Ａ～７２Ｃの内径及び外径が略同一であり、各コイル要素７２Ａ～７２Ｃにおいて、線径が大きいもの程、その巻数が少なくなる構成である。

そして、鉄心７１の軸方向に沿って弁体６に向かって線径が小さくなる構成とすれば、弁体６側でのソレノイドコイル７２（コイル要素７２Ａ）の発熱を抑えることができ、コイル要素７２Ａの発熱が流体に与える温度影響を低減することができる。また、流体制御バルブ３２とともに熱式流量センサが用いられる場合には、コイル要素７２Ａの発熱が熱式流量センサに与える温度影響を低減することができる。

また、鉄心７１の軸方向に沿って弁体６側に向かって線径が大きくなる構成とすれば、弁体６側でのソレノイドコイル７２（コイル要素７２Ａ）の発熱を大きくすることができ、流体制御バルブ３２を流れる流体を加熱することができる。例えば流体制御バルブ３２を流れる流体が蒸気圧の低いガスであれば、コイル要素７２Ａの発熱によりガスの液化を防ぐことができ、液化により生じる弁体６等の腐食を防ぐことができる。ソレノイドコイル７２は、鉄心７１の軸方向に沿って分割する構成の他、鉄心７１の径方向に沿って分割する構成（径方向内側のコイル要素及び径方向外側のコイル要素を有する構成）としても良い。

また、ソレノイドコイル７２は、図８に示すように、ボビン７２１を用いない空芯コイル（ボビンレスコイルとも呼ばれる。）であっても良い。この構成であれば、磁気抵抗となるボビン７２１が無いので、ソレノイドコイル７２により発生する磁束を効率良く弁体６に通過させることができる。

さらに、ケーシング７３は、図９に示すように、取付ブロック８の内部に位置する肉薄部７３ａと、取付ブロック８の外部に位置して肉薄部７３ａよりも壁厚が大きい肉厚部７３ｂとを有していても良い。

ここで、肉薄部７３ａは、外側周面に雄ねじ部１０ａが形成されており、肉厚部７３ｂは、肉薄部７３ａよりも流路ブロック２とは反対側に形成されている。肉薄部７３ａ及び肉厚部７３ｂは、収容本体部７３ｙにより構成されている。また、図９では、肉薄部７３ａの内側周面と肉厚部７３ｂの内側周面とは段差なく連続しているが、段差が有っても良い。さらに、肉厚部７３ｂは、鉄心７１の軸方向に沿って等断面形状をなすものであるが、軸方向に沿って当断面形状でなくても良い。

この構成であれば、ケーシング７３が肉厚部７３ｂを有するので、磁力線が外部に漏れにくくなり、弁体６に磁力線を効率よく通過させることができ、弁体６を引き上げやすくすることができる。また、雄ねじ部１０ａが形成される肉薄部７３ａよりも流路ブロック２とは反対側に肉厚部７３ｂを形成しているので、肉薄部７３ａの外径を小さくすることができ、取付ブロック８を大型化する必要がない。また、取付ブロック８に対してケーシング７３を回転させる際に肉厚部７３ｂを操作することになり、回転トルクが小さくなり、ケーシング７３を回転させやすくできる。

さらに、前記実施形態の流体制御バルブ３２は、ノーマルクローズタイプのものの他に、弁体６を駆動していない状態で全開状態となる所謂ノーマルオープンタイプのものであっても良い。ノーマルクローズタイプにおいては、ソレノイドコイル７２に電流を流すと、ソレノイドコイル７２によって磁束が発生して、鉄心７１及びケーシング７３を通じて弁体６に磁束が流れる。これにより、弁体６は鉄心７１に吸引されて、弁体６の着座面６ａがオリフィス５の弁座面５ａから離れて開弁状態となる構造となるが、弁体６を支持する支持部材９の支持力と弁体６の磁性体の磁力のバランスを調整することにより、ノーマルオープンタイプの流体制御バルブに変更する構成も考えられる。

また、前記実施形態では、流体制御バルブ３２は、流量センサ３１の上流側に設けられた構成であったが、流量センサ３１の下流側に設けられた構成であっても良い。

また、前記実施形態においては、流体制御装置１００の流量センサ３１として、圧力式流量センサを使用しているが、熱式流量センサを使用してもよい。この場合には、流体制御バルブ３２の上流側に熱式流量センサを設置することが考えられる。また、流量センサの他に圧力センサ等の流体センサを用いても良い。

また、流体制御装置１００としては、圧力式及び熱式のものに限らず、流体制御バルブ３２に弁座面５ａと着座面６ａとの相対位置を測定する位置センサを設け、当該位置センサの測定値に基づき弁開度をフィードバック制御するものであってもよい。また、本発明の流体制御装置は、前記実施形態の流量制御装置に限られず、流体の圧力を制御する圧力制御装置に適用することも可能である。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。

１００・・・流体制御装置
２ ・・・流路ブロック
２Ｒ ・・・内部流路
２Ｍ ・・・収容凹部
３２ ・・・流体制御バルブ
３１ ・・・流体センサ
４ ・・・バルブ制御部
５ ・・・オリフィス
５ａ ・・・弁座面
６ ・・・弁体
６ａ ・・・着座面
７ ・・・アクチュエータ部
７１ ・・・鉄心
７２ ・・・ソレノイドコイル
７２Ａ・・・コイル要素
７２Ｂ・・・コイル要素
７２Ｃ・・・コイル要素
７３ ・・・ケーシング
７３ｘ・・・円筒端部
７３ａ・・・肉薄部
７３ｂ・・・肉厚部
８ ・・・取付ブロック
８Ｓ ・・・円環状のスリット
８１１・・・径方向外側の側壁部
８１２・・・径方向内側の側壁部
１０ ・・・距離調整機構
１０ａ・・・雄ねじ部
１０ｂ・・・雌ねじ部
１１ ・・・留めねじ

Claims (16)

1. 内部流路が形成された流路ブロックと、
   前記流路ブロックに収容されており、弁座面を有するオリフィスと、
   前記弁座面に着座する着座面を有する磁性体からなる弁体と、
   前記弁体を磁力によって駆動するアクチュエータ部とを備え、
   前記アクチュエータ部は、
   前記弁体の着座面とは反対側の面に対向して設けられた鉄心と、
   前記鉄心に巻回されたソレノイドコイルと、
   前記鉄心及び前記ソレノイドコイルを収容する磁性体からなるケーシングとを有し、
   前記ケーシングは、前記弁体の周囲を取り囲む位置まで延びている、流体制御バルブ。
2. 前記弁体の着座面とは反対側の面は、前記ケーシングにおける前記流路ブロック側の先端面よりも、前記鉄心側に位置している、請求項１に記載の流体制御バルブ。
3. 前記鉄心と前記弁体との距離を調整する距離調整機構をさらに備える、請求項１又は２に記載の流体制御バルブ。
4. 前記流路ブロックに取り付けられ、前記弁体を収容する取付ブロックをさらに備え、
   前記鉄心は、前記ケーシングに固定されており、
   前記距離調整機構は、前記ケーシング及び前記取付ブロックにより構成されている、請求項３に記載の流体制御バルブ。
5. 前記距離調整機構は、
   前記ケーシングの外側周面又は前記取付ブロックの一方に形成された雄ねじ部と、
   前記ケーシングの外側周面又は前記取付ブロックの他方に形成され、前記雄ねじ部が螺合する雌ねじ部とを有する、請求項４に記載の流体制御バルブ。
6. 前記取付ブロックには、前記ケーシングに対して進退可能に設けられ、前記取付ブロックに対して前記ケーシングを固定する固定部が設けられている、請求項５に記載の流体制御バルブ。
7. 前記ケーシングは、前記流路ブロック側の先端部に円筒端部を有しており、
   前記取付ブロックは、前記円筒端部を収容するスリットを有しており、
   前記取付ブロックにおける前記スリットを形成する側壁部に前記固定部が設けられており、
   前記円筒端部は、前記固定部によって、前記取付ブロックにおける前記スリットを形成する側壁部に固定される、請求項６に記載の流体制御バルブ。
8. 前記ケーシングは、前記取付ブロックの内部に位置する肉薄部と、前記取付ブロックの外部に位置して前記肉薄部よりも壁厚が大きい肉厚部とを有する、請求項５乃至７の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
9. 前記鉄心及び前記ケーシングは前記ソレノイドコイルに対してスライド移動可能に設けられており、
   前記距離調整機構による前記鉄心及び前記ケーシングの移動に関わらず、前記ソレノイドコイルと前記弁体との相対位置は変化しないように構成されている、請求項３乃至８の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
10. 前記流路ブロックは、前記オリフィスを収容する収容凹部を有している、請求項１乃至９の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
11. 前記取付ブロックは、前記流路ブロックに取り付けられることにより、前記凹部に収容されたオリフィスを固定するものである、請求項１０に記載の流体制御バルブ。
12. 前記ソレノイドコイルは、線径が互いに異なる複数の線材を用いて構成されている、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
13. 前記ソレノイドコイルは、前記鉄心の軸方向に沿って複数のコイル要素に分割されており、それら複数のコイル要素の線材は、互いに線径が異なる、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
14. 前記ソレノイドコイルは、空芯コイルである、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
15. 前記着座面を前記弁座面に向けて付勢する弾性体をさらに有し、
    前記アクチュエータ部は、前記弁体を磁力によって開弁する方向に駆動するものであり、
    前記弁体と前記弾性体とが接合されている、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の流体制御バルブ。
16. 請求項１乃至１５の何れか一項に記載の流体制御バルブと、
    流体の流量又は圧力を測定する流体センサと、
    前記流体センサで測定される測定値と所定の目標値とに基づいて、前記流体制御バルブの開度を制御する制御部と、を備える流体制御装置。