JP3012047B2

JP3012047B2 - 制御器

Info

Publication number: JP3012047B2
Application number: JP3268949A
Authority: JP
Inventors: 茂糸井; 兼嗣山本
Original assignee: 清原まさ子
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 2000-02-21
Anticipated expiration: 2015-02-21
Also published as: JPH0579570A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に半導体製造装置や
原子力発電プラント等の流体管路に於いて使用されるダ
イヤフラム型の制御器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造装置等に於いて使用
される高純度ガス用の制御器は、所謂パーティクルフリ
ーやデッドスペースフリーと云う特性が厳しく要求され
る。その為、半導体製造の分野では、前記パーティクル
フリーやデッドスペースフリーの要求を構造的に充足し
易いダイヤフラム型の制御器（特にダイレクトダイヤフ
ラム弁）が多く使用されている。ところで、ダイヤフラ
ム型の制御器は、一般にダイヤフラムの作動ストローク
が極めて小さい為、本質的に流量等の調整には適さない
と云う難点がある。特に手動操作によって流量の微調整
を行うのは極めて困難である。一方、本件出願人は、前
述のような問題を解決すべく手動操作による正確な微流
量調整を可能としたダイヤフラム型の制御器を開発した
（実願平３−３８５４号）。即ち、前記制御器は、図３
に示す如く、弁室２５及び弁座２６を有するボディ２７
と、弁座２６に当離座するダイヤフラム２８と、下端部
が弁室２５に挿入され、ダイヤフラム２８の周縁部を押
えアダプター２９を介して気密状に押さえると共に、上
部内周面に雌ねじ部３０ａを形成した筒状のボンネット
３０と、ボンネット３０をボディ２７に固定するボンネ
ットナット３１と、ボンネット３０の下端部内方に収容
されたディスク３２と、ディスク３２に設けられ、ダイ
ヤフラム２８の上面に当接するダイヤフラム押え３３
と、ディスク３２の上方でボンネット３０内に廻り止め
した状態で昇降自在に挿入され、内周面にボンネット３
０の雌ねじ部３０ａのねじピッチよりも小さいねじピッ
チの雌ねじ部３４ａを形成した筒状のスライドステム３
４と、内側にスライドステム３４の雌ねじ部３４ａに螺
合する第１雄ねじ部３５ａを、外側にボンネット３０の
雌ねじ部３０ａに螺合する第２雄ねじ部３５ｂを夫々同
心状に備え、回転によりスライドステム３４を昇降動さ
せる回動ステム３５等から構成されて居り、回動ステム
３５の一回転毎に第２雄ねじ部３５ｂのねじピッチと第
１雄ねじ部３５ａのねじピッチとの差に相当する微小距
離だけスライドステム３４が昇降動するようになってい
る。尚、図３に於いて、３６はスプリング、３７はパネ
ル止めナット、３８は廻り止めねじ、３９はインジケー
タ、４０はハンドルである。而して、ハンドル４０の回
転操作によって回動ステム３５を回転させると、回動ス
テム３５はボンネット３０の雌ねじ部３０ａへ螺合した
外側の第２雄ねじ部３５ｂにより、回転しつつ昇降動す
る。回動ステム３５が回転しつつ昇降動すると、スライ
ドステム３４の雌ねじ部３４ａと螺合する内側の第１雄
ねじ部３５ａの回転により、廻り止めされたスライドス
テム３４が昇降動する。即ち、回動ステム３５が１回転
すると、スライドステム３４は第２雄ねじ部３５ｂのね
じピッチと第１雄ねじ部３５ａのねじピッチとの差だけ
昇降動する。スライドステム３４が上昇すると、ダイヤ
フラム２８はスプリング３６若しくはダイヤフラム２８
自体の弾性力によって上昇し、又、スライドステム３４
が下降すると、ダイヤフラム３４はディスク３２及びダ
イヤフラム押え３３によって押圧されて下降する。これ
により、流体通路はダイヤフラム２８によってその有効
流通面積が調整され、流体の流量制御が行われる。前記
制御器は、第１雄ねじ部３５ａと第２雄ねじ部３５ｂと
のねじピッチ差を適宜に設定することにより、回動ステ
ム３５の回転に対するスライドステム３４の昇降量即ち
ダイヤフラム２８のストロークを極めて微細に調整する
とができる。その結果、手動操作によっても高精度な微
流量調整が行える等、優れた実用的効用を奏するもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、従来のダイ
ヤフラム型の制御器にも改良すべき問題点が残されてい
る。即ち、前記制御器は、スライドステム３４及び回動
ステム３５が螺子作動方式であるうえ、ダイヤフラム２
８を弁座２６に当接させることによってスライドステム
３４の下降を規制する構成としている為、閉弁時に回動
ステム３５を締め過ぎると、スライドステム３４が必要
以上に下降し、ダイヤフラム２８が弁座２６とダイヤフ
ラム押え３３との間で強く挾持されることになる。その
結果、ダイヤフラム２８が損傷したり、或いは破損した
りすることがあり、ダイヤフラム２８の寿命が大幅に短
縮すると云う問題があった。特に、ダイヤフラム２８
は、極めて薄肉に形成されている為、前記問題はより一
層顕著に現れることになる。

【０００４】本発明は、上記の問題点を解消する為に創
案されたものであり、その目的はステムの下降量を規制
して締め過ぎによるダイヤフラムの損傷や破損を防止で
きるようにしたダイヤフラム型の制御器を提供するにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明の制御器は、流体入口及び流体出口に連通す
る凹状の弁室の底面に弁座を設けたボディと、弁座の上
方に配設され、弁室の気密を保持すると共に、その中央
部が上下動して直接弁座へ当離座するか若しくはディス
クを介して間接的に弁座へ当離座するダイヤフラムと、
下端部が弁室に挿入され、ダイヤフラムの周縁部をボデ
ィとの間で気密状に挾持すると共に、上部内周面に雌ね
じ部を形成した筒状のボンネットと、ボンネット内に廻
り止めした状態で昇降自在に挿入され、下降時にダイヤ
フラムの中央部を下降させると共に、内周面にボンネッ
トの雌ねじ部のねじピッチよりも小さいねじピッチの雌
ねじ部を形成した筒状のスライドステムと、上部がボン
ネットから突出すべくスライドステムの上方に同軸芯状
に配設され、内側にスライドステムの雌ねじ部に螺合す
る第１雄ねじ部を、外側にボンネットの雌ねじ部に螺合
する第２雄ねじ部を夫々同心状に備えた回転自在な回動
ステムとから成り、回動ステムの回転によりスライドス
テムを昇降動させるようにしたダイヤフラム型の制御器
であって、前記回動ステムのボンネットから突出する部
分に、制御器の全閉時にボンネットの上端部に直接若し
くは間接的に当接して回動ステムの下降を規制するスト
ッパーを設けたものである。

【０００６】

【作用】ステムを下降させると、ダイヤフラムの中央部
が下方へ押し下げられて直接弁座に当座するか若しくは
ダイヤフラムがディスクを押圧してこれを弁座へ当座せ
しめる。これによって、制御器は、閉弁状態になる。
尚、この制御器は、ダイヤフラム若しくはディスクが弁
座に当接したときにはステムに設けたストッパーがボン
ネットの上端部に直接若しくは間接的に当接してステム
の下降が規制される為、閉弁時に締め過ぎると云うこと
がなく、締め過ぎによるダイヤフラムの損傷や破損を防
止できる。又、ステムを上昇させると、ダイヤフラムが
その弾性力及び流体圧により上方へ変位して弁座から離
座するか若しくはディスクがスプリングの弾性力により
上昇して弁座から離座する。これによって、制御器は、
開弁状態になる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の実施例に係るダイヤフラム
型の制御器の縦断面図であって、左半分は制御器の全閉
時を、又、右半分は制御器の全開時を示すものである。
当該制御器は、手動操作によって高精度の微流量制御を
行えると共に、ダイヤフラム２を直接弁座１７に当離座
させて開閉を行うようにしたものであり、１はボディ、
２はダイヤフラム、３は押えアダプター、４はボンネッ
ト、５はボンネットナット、６はディスク、７はスプリ
ング、８はダイヤフラム押え、９はスライドステム１０
及び回動ステム１１から成るステム、１２はハンドル、
１３はストッパーである。

【０００８】前記ボディ１は、ステンレス鋼等の金属材
により略十字状に形成されて居り、両側には流体入口１
４及び流体出口１５が、上部には流体入口１４及び流体
出口１５に連通する上方が開放された凹状の弁室１６が
夫々形成されている。又、弁室１６の底面には弁座１７
がボディ１と一体的に形成されていると共に、弁室１６
の内周面下側には段部１８が形成されている。

【０００９】前記ダイヤフラム２は、弁座１７の上方に
配設されて居り、弁室１６の気密を保持すると共に、そ
の中央部が上下動して弁座１７に当離座するようになっ
ている。本実施例では、ダイヤフラム２は、ステンレス
鋼、インコネル（商標名）、形状記憶合金等の金属製薄
板により中央部を上方へ膨出せしめた皿状に形成されて
居り、その周縁部が弁室１６内周面の段部１８に載置さ
れている。又、ダイヤフラム２は、ボディ１に螺着した
ボンネットナット５を締め込むことによって、弁室１６
内へ挿入した環状の押えアダプター３とボンネット４の
下端部とにより、段部１８側へ押圧され、気密状態で保
持固定されている。

【００１０】前記ボンネット４は、筒状に形成されて居
り、ボディ１内へ挿入される下部の内径は太径に形成さ
れ、ディスク６の収容部４ａとなっている。又、ボンネ
ット４の中央部の内径はやや細径に形成され、後述する
スライドステム１０のガイド部４ｂとなっている。更
に、ボンネット４の上部の内径はやや太径に形成され、
その内周面には後述する回動ステム１１が螺合する雌ね
じ部４ｃが形成されている。本実施例では、雌ねじ部４
ｃのねじピッチは、０．５５ｍｍに設定されている。そ
して、ボンネット４は、ボディ１の弁室１７内に挿入さ
れ、ボンネットナット５を締め込むことにより、ボディ
１側へ押圧固定されている。尚、ボンネット４の上部外
周面には筒状のインジケータ１９が嵌合され、ボンネッ
ト４の上部に螺着した袋ナット２０により抜け止めされ
ている。

【００１１】前記ディスク６は、ボンネット４の収容部
４ａに昇降自在に挿入されて居り、下端面にはダイヤフ
ラム２の中央部上面に常時当接する合成樹脂製のダイヤ
フラム押え８が嵌着されている。又、ディスク６は、こ
れと押えアダプター３との間に介装したスプリング７に
より上方へ附勢されて居り、後述するスライドステム１
０が下降すると、これに押されて下降してダイヤフラム
２の中央部を下方へ押し、スライドステム１０が上昇す
ると、スプリング７の反力により上昇するようになって
いる。

【００１２】前記ステム９は、下端面がディスク６に当
接すべくボンネット４内に昇降自在に挿入され、下降時
にディスク６を下方へ押圧してダイヤフラム押え８を介
してダイヤフラム２の中央部を弁座１７に当座させるも
のであり、スライドステム１０と回動ステム１１とから
構成されている。即ち、前記スライドステム１０は、中
空状に形成されて居り、ボンネット４のガイド部４ｂに
昇降且つ摺動自在に挿入され、その下端面がディスク６
に当接している。又、スライドステム１０の内周面には
ボンネット４の雌ねじ部４ｃのねじピッチよりも小さい
ねじピッチの雌ねじ部１０ａが形成されている。本実施
例では、雌ねじ部１０ａのねじピッチは、０．５ｍｍに
設定されている。更に、スライドステム１０は、ボンネ
ット４内に廻り止めした状態で昇降自在に挿入されてい
る。本実施例では、スライドステム１０の外周面に縦向
きのガイド溝１０ｂを形成し、ボンネット４に螺着した
廻り止めねじ２１の先端部をガイド溝１０ｂに係合させ
ることにより、スライドステム１０が廻り止めされてい
る。一方、前記回動ステム１１は、内側の軸状の第１部
材１１Ａと外側の筒状の第２部材１１Ｂとを一体的に連
結固定したものであり、第１部材１１Ａの下部外周面に
はスライドステム１０の雌ねじ部１０ａへ螺合する第１
雄ねじ部１１ａが、第２部材１１Ｂの下部外周面にはボ
ンネット４の雌ねじ部４ｃへ螺合する第２雄ねじ部１１
ｂが夫々同心状に形成されている。この回動ステム１１
は、スライドステム１０の上方にこれと同軸芯状に配設
され、上部がボンネット４から上方へ突出すべくボンネ
ット４へ昇降自在に取り付けられている。具体的には、
第１部材１１Ａは、中間部にテーパ部１１ｃを有する軸
状を呈し、下部外周面にスライドステム１０の雌ねじ部
１０ａへ螺合する第１雄ねじ部１１ａが形成されて居
り、上方よりスライドステム１０内へ螺挿され、その上
部はボンネット４から突出している。本実施例では、第
１雄ねじ部１１ａのねじピッチは、０．５ｍｍに設定さ
れている。又、第２部材１１Ｂは、筒状を呈し、下部外
周面にボンネット４の雌ねじ部４ｃへ螺合する第２雄ね
じ部１１ｂが形成されて居り、上方よりボンネット内へ
螺挿され、その上部はボンネット４から突出している。
本実施例では、第２雄ねじ部１１ｂのねじピッチは、
０．５５ｍｍに設定されている。そして、第１部材１１
Ａと第２部材１１Ｂとは、第１部材１１Ａの上部を第２
部材１１Ｂに挿通して第２部材１１Ｂの上方へ突出せし
め、この部分を固定用ナット２２で締め込むことによっ
て、一体的に連結固定されている。このとき、両部材１
１Ａ，１１１Ｂはテーパ部１１ｃによって芯出しが行わ
れ、第１雄ねじ部１１ａと第２雄ねじ部１１ｂとは同心
状になる。尚、ボンネット４の雌ねじ部４ｃ、スライド
ステム１０の雌ねじ部１０ａ、第１部材１１Ａの第１雄
ねじ部１１ａ及び第２部材１１Ｂの第２雄ねじ部１１ｂ
のねじの向きは、回動ステム１１を回転して下降させた
ときにスライドステム１０も下降するように設定されて
いる。

【００１３】前記ハンドル１２は、筒状を呈し、回動ス
テム１１の上部にハンドル固定用ねじ２３により固定さ
れて居り、下端部がインジケータ１９の外周面に沿って
回転且つ昇降動するようになっている。これにより、制
御器の開度や流量調整度が直読される。

【００１４】前記ストッパー１３は、ステム９のボンネ
ット４から突出する部分に設けられて居り、制御器の全
閉時（ダイヤフラム２の中央部が弁座１７に当座したと
き）にボンネット４の上端部に直接若しくは間接的に当
接してステム９の下降を規制するものである。本実施例
では、ストッパー１３は、環状を呈し、回動ステム１１
の第２部材１１Ｂの上部外周面に嵌合され、固定用ねじ
２４により第２部材１１Ｂへ固定されて居り、回動ステ
ム１１が下降したときに袋ナット２０の上面に当接する
ようになっている。尚、ストッパー１３の固定位置は、
回動ステム１１、スライドステム１０及びディスク６が
下降してダイヤフラム２を弁座１７に当座させたときに
ストッパー１３と袋ナット６とが当接するように設定さ
れている。

【００１５】次に、前記制御器の作動について説明す
る。ハンドル１２を制御器が閉弁する方向へ回すと、ボ
ンネット４に螺合する回動ステム１１の第２部材１１Ｂ
が回転しつつ下降する。回動ステム１１の第２部材１１
Ｂが回転すると、第１部材１１Ａも当然に回転しつつ下
降することになり、第１部材１１Ａに螺合するスライド
ステム１０も廻り止めねじ２１及びガイド溝１０ｂによ
って廻り止めされた状態で下降する。このとき、スライ
ドステム１０は、ハンドル１２が１回転につき第２雄ね
じ部１１ｂのねじピッチと第１雄ねじ部１１ａのねじピ
ッチとの差だけ下降することになる。本実施例では、ハ
ンドル１２が１回転につき０．０５ｍｍ下降する。スラ
イドステム１０が下降すると、ディスク６及びダイヤフ
ラム押え８が下降してダイヤフラム２の中央部を下方へ
押し下げ、これによって、ダイヤフラム２が弾性変形
し、弁座１７に当座して閉弁状態になる。このとき、第
２部材１１Ｂに設けたストッパー１３が袋ナット２０の
上面に当接して回動ステム１１の下降を規制する為、ハ
ンドル１２を締め過ぎると云うことがなく、締め過ぎに
よるダイヤフラム２の損傷や破損を防止することができ
る。一方、ハンドル１２を制御器が開弁する方向へ回す
と、回動ステム１１が回転しつつ上昇し、これに伴って
スライドステム１０が廻り止めされた状態で上昇する。
このとき、スライドステム１０は、ハンドル１２の１回
転につき第２雄ねじ部１１ｂのねじピッチと第１雄ねじ
部１１ａのねじピッチとの差だけ上昇することになる。
本実施例では、ハンドル１２が１回転につき０．０５ｍ
ｍ上昇する。スライドステム１０が上昇すると、ディス
ク６がスプリング７の反力により上昇すると共に、ダイ
ヤフラム２がその弾性力や流体圧により元の形状に復元
し、弁座１７から離座して開弁状態になる。尚、スライ
ドステム１０の昇降量等はインジケータ１９上のハンド
ル１２の下端部の位置から直読される。この制御器は、
第１雄ねじ部１１ａと第２雄ねじ部１１ｂとのねじピッ
チ差でもってスライドステム１０を昇降動させている
為、回動ステム１１の回転に対するスライドステム１０
の昇降量即ちダイヤフラム２のストロークを極めて微細
に調整するとができ、手動操作でも高精度の微流量調整
が行える。又、ディスク６と押えアダプター８との間に
ディスク６を上方へ附勢するスプリング７を介装してい
る為、ねじ部のガタツキが防止され、ステム９のストロ
ークを正確に調整できる。

【００１６】上記実施例に於いては、ダイヤフラム２を
直接弁座１７へ当離座させる構成としているが、ダイヤ
フラム２の下方にディスク６を配設し、これを弁座１７
へ当離座させるようにしても良い。上記実施例に於いて
は、第１部材１１Ａと第２部材１１Ｂとを別体とし、両
者を固定用ナット２２で連結固定するようにしている
が、両者を一体的に形成するようにしても良い。上記実
施例に於いては、回動ステム１１を手動で回転させるよ
うにしたが、回動ステム１１をモータ等で回転駆動する
ようにしても良い。上記実施例に於いては、ストッパー
１３を袋ナット２０の上面に当接させて回動ステム１１
の下降量を規制するようにしたが、袋ナット２０がない
場合にはストッパー１３をボンネット４の上面に当接さ
せて回動ステム１１の下降量を規制するようにしても良
い。上記実施例に於いては、ストッパー１３を環状に形
成したが、ストッパー１３の形状はこれに限定されるも
のではなく、全閉時に回動ステム１１の下降を規制でき
れば、如何なる形状のものであっても良い。例えばピン
形状のものであっても良い。上記実施例に於いては、ス
トッパー１３を固定用ねじ２４で第２部材１１Ｂに固定
するようにしたが、他の手段を用いて固定するようにし
ても良い。例えばストッパー１３を第２部材１１Ｂに溶
着するようにしても良い。上記実施例に於いては、ステ
ム駆動部に差動ねじ機構を採用して回動ステム１１の昇
降ストロークを大きくすると共に、スライドステム１０
及びダイヤフラム２の移動ストロークを小さくした構造
の制御器にストッパー１３を設けるようにしたが、ステ
ムの昇降ストロークとダイヤフラム２の昇降ストローク
とが同一になる構造の制御器にストッパー１３を設ける
ようにしても良い。

【００１７】

【発明の効果】上述の通り、本発明のダイヤフラム型の
制御器は、ステムのボンネットから突出する部分に、制
御器の全閉時にボンネットの上端部に直接若しくは間接
的に当接してステムの下降を規制するストッパーを設け
る構成とした為、ステムが螺子作動方式であっても、閉
弁時に締め過ぎると云うことがなく、締め過ぎによるダ
イヤフラムの損傷や破損を防止することができる。その
結果、ダイヤフラムの寿命が大幅に延びることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るダイヤフラム型の制御器
の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図３】従来のダイヤフラム型の制御器の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１はボディ、２はダイヤフラム、４はボンネット、６は
ディスク、９はステム１３はストッパー、１４は流体入
口、１５は流体出口、１６は弁室、１７は弁座

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体入口及び流体出口に連通する凹状の
弁室の底面に弁座を設けたボディと、弁座の上方に配設
され、弁室の気密を保持すると共に、その中央部が上下
動して直接弁座へ当離座するか若しくはディスクを介し
て間接的に弁座へ当離座するダイヤフラムと、下端部が
弁室に挿入され、ダイヤフラムの周縁部をボディとの間
で気密状に挾持すると共に、上部内周面に雌ねじ部を形
成した筒状のボンネットと、ボンネット内に廻り止めし
た状態で昇降自在に挿入され、下降時にダイヤフラムの
中央部を下降させると共に、内周面にボンネットの雌ね
じ部のねじピッチよりも小さいねじピッチの雌ねじ部を
形成した筒状のスライドステムと、上部がボンネットか
ら突出すべくスライドステムの上方に同軸芯状に配設さ
れ、内側にスライドステムの雌ねじ部に螺合する第１雄
ねじ部を、外側にボンネットの雌ねじ部に螺合する第２
雄ねじ部を夫々同心状に備えた回転自在な回動ステムと
から成り、回動ステムの回転によりスライドステムを昇
降動させるようにしたダイヤフラム型の制御器であっ
て、前記回動ステムのボンネットから突出する部分に、
制御器の全閉時にボンネットの上端部に直接若しくは間
接的に当接して回動ステムの下降を規制するストッパー
を設けたことを特徴とする制御器。