JP2999429B2 - 微小流量制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御流体を微小量
づつ流すことによって流路内での滞留を防止することが
可能な微小流量制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程において、純水や溶剤な
どを微小流量流して使用する場合に、従来の微小流量制
御弁では、１個のダイアフラム弁を弁座に対し当接・離
間させることで弁の開閉を行い、そのダイアフラム弁を
調整ねじにより弁座に対する距離を調整することによっ
て、オリフィスを通る流量を調整するものがあった。し
かし、このような１個のダイアフラム弁を使用して通常
の弁の開閉を行い、かつ微小流量の制御も行ったので
は、繰り返し行われる弁座への当接・離間によってダイ
アフラム弁にクリープが生じ、微小流量を制御する際の
弁座との距離が変化してしまい、微妙な流量調整が難し
くなるという欠点があった。

【０００３】そこで、そのようなクリープによる影響を
防止した制御弁として、実公平４―２７２７９号公報に
開示されたものを挙げることができる。図４は、第１従
来例として当該公報に掲載された制御弁の断面を示した
図である。当該制御弁は、上流側の２方向制御弁５１と
下流側の２方向制御弁７１の２弁から構成されている。
上流側の２方向制御弁５１及び下流側の２方向制御弁７
１は、ともにカバー５２，７２と、シリンダチューブ５
３，７３とから構成され、共通の本体６１に一体に固定
して形成されている。本体６１には、２方向制御弁５
１，７１に対応する弁座５４Ｄ，７４Ｄに弁孔５４Ａ，
７４Ａが開設され、それぞれ流入ポート５４Ｂ，７４Ｂ
と流出ポート５４Ｃ，７４Ｃとが連通されている。そし
て、それぞれの弁座５４Ｄ，７４Ｄには、ダイアフラム
弁体５７，７７が当接・離間するよう形成されている。

【０００４】そして、２方向制御弁５１及び２方向制御
弁７１は、それぞれカバー５２，７２及びシリンダチュ
ーブ５３，７３によてシリンダ室５５，７５が形成され
ている。そのシリンダ室５５，７５は、ピストン５６，
７６によって上側室５５Ａ，７５Ａと下側室５５Ｂ，７
５Ｂとに仕切られ、上側室５５Ａ，７５Ａには呼吸孔５
２Ａ，７２Ａが、下側室５５Ｂ，７５Ｂには給排気孔５
３Ａ，７３Ａがそれぞれ穿設されている。ピストン５
６，７６は、ダイアフラム弁体５７，７７に連結され、
上側室５５Ａ，７５Ａに装填されたコイルバネ５８，７
８によってダイアフラム弁体５７．７７が弁座５４Ｄ，
７５Ｄへ付勢されている。

【０００５】このように、２方向制御弁５１及び２方向
制御弁７１は、ほぼ同様な構成をなすものであるが、２
方向制御弁７１には、２方向制御弁５１にはない流量調
整ねじ８０が備えられている。流量調整ねじ８０は、カ
バー７２に貫通・螺合され、調整摘み８１の回動操作に
よって軸方向に螺進するよう構成されている。また、流
量調整ねじ８０の下端側は、ピストン７６の係合孔７６
Ａ内に軸方向に沿って変位可能に挿入されて連結されて
いる。

【０００６】そこで、このような構成からなる従来の制
御弁は、給排気孔５３Ａ，７３Ａから下側室５５Ｂ，７
５Ｂへ作動流体を供給又は排出することにより、ピスト
ン５６，７６及びダイアフラム弁体５７，７７の位置を
調整し、弁の開閉を制御することで制御流体の流れを調
整する。一方、純水や溶剤などの制御流体の流量を微小
に制御する場合には、上流側の２方向制御弁５１におい
て、下側室５５Ｂへ作動流体圧を供給することによりダ
イアフラム弁体５７を上昇させ、弁を全開状態にする。
そして、下流側の２方向制御弁７１においては、調整摘
み８１によって流量調整ねじ８０を所定量回動操作する
ことで、ピストン７６及びダイアフラム弁体７７を上昇
させて弁孔７４Ａを開孔する。よって、流量調整ねじ８
０によって持ち上げられたダイアフラム弁体７７は、一
方でスプリング７８によって下方に付勢されているため
弁は小さく開き、流出ポート７４Ｃからは少量の制御流
体が流れ出る。

【０００７】また一方では、このような従来例のように
ダイアフラム弁を連設して、制御流体の微小流量を調整
するものの他に、流路に形成されたオリフィス内にニー
ドルを挿入することによって開度を調整する流体制御器
が特開平６―２７２７７０に開示されている。図５は、
第２従来例として当該公報に開示された流体制御器を示
した断面図である。流体制御器１０１は、フレーム１０
２に形成されたインレットポート１０３から供給するエ
アの圧力によって、ステム１０４やコンプレッサー１０
５等が上昇する一方、エアが排気されることによってス
プリング１０６の付勢力によって下降するよう構成され
ている。

【０００８】そのステム１０４には同軸上に弁棒１０７
が延設され、その下端にダイアフラム１０８が固着され
ている。更に、そのダイアフラム１０８の中央、即ち弁
棒１０７の軸芯上に突起状の金属製弁体１０９が係脱自
在に取り付けられている。ダイアフラム１０８は、流路
１１０の形成された弁箱１１１と、弁棒１０５を摺動支
持する挟持部材１１２とによって周縁部が挟持固定され
ている。そして、金属製弁体１０９は、その先端が弁箱
１１１のオリフィス１１０ａに挿入するよう構成されて
いる。そこで、このような構成の流体制御器１では、イ
ンレットポート１０３から給排気するエアによってステ
ム１０４や弁棒１０７などの高さを変化させ、オリフィ
ス１１０ａ内に挿入される金属製弁体１０９の位置を調
整する。そのため、オリフィス１１０ａの隙間が金属製
弁体１０９によって調整され、そこを流れる流体の流量
が微妙に調整される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１従来例で示したように２方向制御弁５１，７１を直列
に接続する構造としたのでは、弁の数が増えるだけ構造
的に流路上に液溜まりが多く生じることとなる。また、
第１従来例の制御弁では、流量調整を行う流路の絞り
が、ダイアフラム弁体７７と弁座７４Ｄとの隙間を調整
することによって行われるが、微小流量調整が難しく、
温度による影響が大きいという問題があった。更に２個
の制御弁を併設する構成では部品点数が多いことからコ
ストが高く、また大型化することによって設置容積を多
く取るといった問題もあった。

【００１０】一方、上記第２従来例の流体制御器１０１
は、エア圧によって調整を行うものであるため、微小流
量の調整が難しく、また、そのような微小流量の制御状
態では、流路を流れる流体の内圧の影響を受けやすく、
安定した微小流量の調整が困難であった。また、流体制
御器１０１は、本来流量調整を目的とするものであり、
金属製弁体１０９をオリフィス１１０ａへ係合・離間す
ることによって弁の開閉を行ったのでは、閉弁時の気密
性が悪い。従って、前述した第１従来例のものと同様、
流量調整が可能な弁を構成するには更に別の弁を連設す
る必要があり、コスト及び大型化の問題が残るものであ
った。

【００１１】そこで、本発明は、かかる問題を解決すべ
く、微小流量の設定が容易な、また小型化した微小流量
制御弁を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の微小流量制御弁
は、弁座に対し当接・離間する環状に形成された弁体
と、前記弁座の中心位置に穿設されたオリフィス内に挿
入可能なニードルとが、薄膜によって一体に形成された
ダイアフラム弁と、前記弁体を前記弁座に対し当接・離
間させる操作手段と、前記ニードルの位置を調整する調
整ねじとを有し、前記操作手段によって前記弁体を前記
弁座から離間させた状態で、前記調整ねじによって前記
ニードルを前記オリフィス内に所定量挿入することで、
当該オリフィスを流れる制御流体の流量を調整すること
を特徴とする。また、本発明の微小流量制御弁は、前記
弁体が、前記操作手段に対し係合爪によって嵌合可能な
支持管に固定されたものであることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる微小流量制
御弁の一実施の形態について具体的に説明する。図１乃
至図３は、本実施の形態の微小流量制御弁を示した断面
図であり、各動作過程を示した図である。本実施の形態
の微小流量制御弁１は、流路の形成されたボディ２と、
シリンダチューブ３及びカバー４からなるシリンダ５と
が一体に構成されている。シリンダ５内にはカバー４か
ら案内管４ａが突設され、そのシリンダチューブ３内壁
面及び案内管１１外壁面を摺動するピストン６が嵌装さ
れている。シリンダ５は、ピストン６によって上下２室
に仕切られ、その上側室７Ａにはカバー４に穿設された
呼吸孔８が開設され、下側室７Ｂにはシリンダチューブ
３に穿設された吸排気孔９が開設されている。そして、
その呼吸孔９は、動作流体である圧縮エアを供給する制
御系に連設されている。また、上側室７Ａにはスプリン
グ１０が嵌装され、ピストン６には常に下方、即ち弁座
方向に付勢力が働いている。更に、ピストン６は、案内
管６ａが下方に延設され、その下端部には後述するダイ
アフラム弁が支持されている。

【００１４】一方、カバー４には、案内管４ａ内に挿入
し螺合した調整ねじ１１が設けられ、ハンドル１２の回
動によって案内管４ａ内を螺進するよう構成されてい
る。また、調整ねじ１１には、調整ねじ１１の位置決め
を行うロックナット１３が螺合されている。案内管４ａ
及び案内管６ａ内に形成された空間には、後述するニー
ドルを支持する支持ロッド１４が嵌装されている。支持
ロッド１４は、案内管４ａ内の上端面が前記調整ねじ１
１の下端面と当接するよう構成されている。また、支持
ロッド１４は、案内管４ａ下端面に当接するよう張り出
したフランジ部と、案内管６ａの下端に形成された段差
部との間に縮設されたスプリング１５によって上方に付
勢されている。

【００１５】そして、このようなピストン６及び調整ね
じ１１には、一体に形成された弁体及び微小流量制御を
行うニードルが係設されている。先ず、ピストン６の案
内管６ａに対し係合爪によって嵌合された支持管１６の
下端面には、厚肉に形成された弁体２１が貼設され、一
方、支持ロッド１４の下端にはニードル２２が固定され
ている。弁体２１外周には外膜２３が形成され、その周
縁部がボディ２とシリンダチューブ３との間に挟持固定
されている。また、ニードル２２は、その環状の弁体２
１の中心位置にあって、内膜２４によって弁体２１に連
結されている。よって、本実施の形態のダイアフラム弁
２５は、弁体２１とニードル２２とが一体に形成された
ものであって、かつ外膜２３と内膜２４との２膜で形成
したことにより、ダイアフラム弁本来の高い気密性を維
持するとともに、ニードル２２が弁体２１から独立して
動作するよう構成されている。

【００１６】一方、ボディ２には、入力ポート３１及び
出力ポート３２が形成され、ダイアフラム弁２５に覆わ
れた弁室３３に連通されている。そのうち入力ポート３
１は、弁体２１に対する弁座３４の外側に連通され、出
力ポート３２は、弁座３４の中心位置に形成されたオリ
フィス３５に連通されている。そのオリフィス３５は、
ニードル２２と同軸上に形成され、そのニードル２２
は、オリフィス３５内を移動するよう形成されている。

【００１７】このような構成からなる本実施の形態の微
小流量制御弁１は、以下のようにして作用する。先ず、
図１の状態にあるピストン６が、吸排気孔９から供給さ
れる圧縮エアによって下側室７Ｂ側から加圧され、その
圧力によってスプリング１０の付勢力に抗して上昇す
る。そのため、図２に示すように、案内管６ａを介して
持ち上げられた支持管１６が上昇し、弁体２１が弁座３
４から離間する。また、このときスプリング１５によっ
て上方に付勢される支持ロッド１４は案内管４ａに当接
する位置まで上昇している。そのため、ニードル２２は
オリフィス３５から上がったままで、オリフィス３５の
流路は広く開けられた状態にある。従って、入力ポート
３１から流入した制御流体は、弁室３３からオリフィス
３５を通って大量に出力ポート３２へ流れる。一方、こ
の流れを止める場合には、下側室７Ｂに供給された圧縮
エアを排気することで、ピストン６がスプリング１０に
付勢されて下降し、同時に弁体２１が弁座３４へ当接さ
れて図１に示す閉弁状態に戻る。

【００１８】そして、純水や溶剤などの制御流体の流量
を微小に制御する場合には、前記図２の開弁状態からニ
ードル２２のみを下降させオリフィス３５の開度を小さ
くする。そのためには、前述したように弁を開き、その
状態を保ったままハンドル１２を回動すことによって調
整ねじ１１を下方へ螺進させる。案内管４ａ内を下方へ
螺進した調整ねじ１１は、その下端面に当接した支持ロ
ッド１４を押し下げることとなる。そして、支持ロッド
１４がスプリング１５の付勢力に抗して下降することで
同時にニードル２２の位置が下がり、図３に示すように
ニードル２２の先端がオリフィス３５内に挿入される。
そのため、オリフィス３５内の流路面積が小さくなり、
そこを通って流れる制御流体の流量が制限され、微小流
量の調整が行われる。そして、適量の流れにまでニード
ル２２が下降したところで、ロックナット１３により調
整ねじ１１をロックし、微小流量の流れを維持する。従
って、入力ポート３１から弁室３３内に流入した制御流
体は、オリフィス３５によって流量が絞られて微小流量
が出力ポート３２側へ流れることとなる。

【００１９】よって、このような構成をなす本実施の形
態の微小流量制御弁１は、オリフィス３５内に挿入させ
たニードル２２によって、オリフィス３５の径方向寸法
を変化させて流路面積を調整し、そこを流れる制御流体
の流量調整を行うよにしたので、流量設定が容易に行え
るようになった。また、温度変化による影響を受けにく
くなり、安定した微小流量の流出が可能となった。ま
た、従来の制御弁を２連にしたものに比べて液溜まりが
生じにくくなった。

【００２０】また、１個の制御弁によって通常の流体制
御を行い、また微小流量制御も行える構成としたので、
微小流量制御を行う制御弁の価格を安価に提供できると
ともに、当該機能を有する制御弁の小型化を図ることが
できた。更に、１個のダイアフラム弁２５ではあるが、
その機構を通常の流体制御を行う弁体２１と、微小流量
制御を行うニードル２２とに区別したことにより、微小
流量制御に弁体２１に生じるクリープの影響を何ら受け
ることはなく、上述の如く安定した微小流量の流出が可
能となった。

【００２１】なお、本発明は前記実施の形態に示したも
のに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範
囲で様々な変更が可能である。例えば、前記実施の形態
ではピストンの動作によって弁体２１の当接・離間動作
を制御するようにしたが、ソレノイドを利用した電磁弁
によって構成するものであってもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、弁座に対し当接・離間する環
状に形成された弁体と、弁座の中心位置に穿設されたオ
リフィス内に挿入可能なニードルとが、薄膜によって一
体に形成されたダイアフラム弁を有し、そのダイアフラ
ム弁の弁体を操作手段によって弁座から離間させた状態
で、調整ねじによってニードルをオリフィス内に所定量
挿入することで、そのオリフィスを流れる制御流体の流
量を調整するものとしたので、微小流量の設定が容易
な、また小型化した微小流量制御弁を提供することが可
能となった。また、本発明は、弁体が上下方向に動作を
与える駆動部に対し係合爪によって嵌合可能な支持管に
固定されたもとしたので、その組み付けが容易なものと
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】微小流量制御弁の一実施の形態を示した閉弁時
の断面図である。

【図２】微小流量制御弁の一実施の形態を示した開弁時
の断面図である。

【図３】微小流量制御弁の一実施の形態を示した微小流
量制御時の断面図である。

【図４】微小流量制御弁の第１従来例を示した断面図で
ある。

【図５】微小流量制御弁の第２従来例を示した断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 微小流量制御弁 ２ ボディ ５ シリンダ ６ ピストン １０，１５ スプリング １１ 調整ねじ １２ ハンドル １４ 支持ロッド １６ 支持管 ２１ 弁体 ２２ ニードル ２３ 外膜 ２４ 内幕 ２５ ダイアフラム弁 ３４ 弁座 ３５ オリフィス

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座に対し当接・離間する環状に形成さ
   れた弁体と、前記弁座の中心位置に穿設されたオリフィ
   ス内に挿入可能なニードルとが、薄膜によって一体に形
   成されたダイアフラム弁と、 前記弁体を前記弁座に対し当接・離間させる操作手段
   と、前記ニードルの位置を調整する調整ねじとを有し、 前記操作手段によって前記弁体を前記弁座から離間させ
   た状態で、前記調整ねじによって前記ニードルを前記オ
   リフィス内に所定量挿入することで、当該オリフィスを
   流れる制御流体の流量を調整することを特徴とする微小
   流量制御弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の微小流量制御弁におい
   て、 前記弁体が、前記操作手段に対し係合爪によって嵌合可
   能な支持管に固定されたものであることを特徴とする微
   小流量制御弁。