JP3764598B2 - ソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の改良に関するものであり、主として半導体製造装置等に於いて利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置に於いて使用される開閉制御弁は、取扱い流体が高純度流体であることとも相俟って、▲１▼耐蝕性が高いこと、▲２▼発塵が少ないこと、▲３▼ガスの置換性が良いこと及び▲４▼開閉速度が速いこと等の各性能が要求される。
そのため、従前から半導体製造装置用の開閉制御弁としては、空気圧作動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁が多く使用されてきた。当該金属ダイヤフラム型開閉制御弁は、弁室内部のデッドスペースが少なく、ガスの置換性が良いうえ、金属ダイヤフラムを弁座へ垂直方向に面接触させるため、接触部からの発塵が比較的少ないからである。
【０００３】
しかし、空気圧作動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁には、弁の開放に２０ｋｇｆ以上のステム引上げ力を必要とし、駆動用シリンダが大形化すると共にステムの引上げに時間が掛かること、作動用空気の制御機構が複雑になると共にプロセス装置の大形化を招くこと、作動用空気の配管長さが変ると弁開放信号の発信から弁全開までの時間にバラツキが生じ、複数の開閉弁のタイミング制御が難しくなること等の難点がある。
【０００４】
一方、上記の如き空気圧作動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁の問題点を解決するものとして、本件出願人は先きに図５に示すようなソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁を開発し、これを公開している。
即ち、図５に於いて、１はバルブボディ、２は弁座、３はボンネット、４はボンネットナット、５は金属製ダイヤフラム、６はディスク、７はステム、８はスプリング、９はアクチエーターボディ、１０はアクチエーターキャップ、１１は止めボルト、１２はソレノイドベース、１３は固定ナット、１４は止めねじ、１５は調整ねじ、１６は止めねじ、１７はコイル、１８はヨーク、１９はプランジャ、２０は可動鉄心、２１はシャフト、２２はリード線、２３はリード保護具、Ｇはソレノイドストローク、Ｍは電磁石である。
【０００５】
当該ソレノイド駆動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁は、従前の空気圧作動式の開閉制御弁に比較して、開弁速度が約１０倍（約０．００５ｓｅｃ）程度速くなり、繰り返し操作時間を短縮できると共に開閉操作に伴う流体の損失を少なくできること、空気配管や空気源が不要となり、流体制御装置の一層の簡素化及び小型化が図れること、多数の開閉制御弁を同期的に開閉制御することができること等の優れた実用的効用を奏するものである。
【０００６】
しかし、上記図５のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁にも解決すべき問題が多く残されており、その中でもソレノイド駆動部の一層の小型化が緊急の課題となっている。
即ち、半導体製造装置はその大部分が所謂クリーンルーム内に設置されているため、設置スペースを大きく取ることが困難である。そのため、半導体製造装置に付随するガス供給装置等の開閉制御弁に対しても小型化に対する要求が特に厳しく、開弁駆動力に余裕を持たせるために、比較的大型の駆動用ソレノイドを用いると云うことは、現実的に採用が不可能な状態にある。
【０００７】
ところで、上記図５のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いては、磁気回路を形成するヨーク１８を高透磁率合金である２Ｖパーメンジュール（主成分２Ｖ−４９Ｃｏ）を用いて円筒状に形成し、その内部にコイル挿入部１８ａを形成すると共に、当該ヨーク１８の端面と対向状に、ストロークＧの間隙を置いてプランジャ１９にかしめ構造により固定した平板状の可動鉄心２０を水平状に配設する構成としている。
しかし、平板状の可動鉄心２０と平板状のヨーク１８の端面とを同じ水平面上で対向させるようにしているため、ソレノイドの起動初期の間隙Ｇ部分に於ける漏洩磁束が大きくなり、結果として所望の大きさのプランジャ１９の引上力（開弁力）を得るには大電力が必要となり、ソレノイド駆動部が大形になると云う難点がある。
また、可動鉄心２０とプランジャ１９とをかしめ構造によって固定するようにしているため、両者を高精度で垂直状に固定することが困難となり、結果として磁束分布が不均衡になると云う難点がある。
【０００８】
具体的には、図５の開閉制御弁では、アクチエータボディ９の外径は２８ｍｍ、内径は２３．６ｍｍφ、アクチエータ９の上端面からバルブボディ１の軸芯線までの高さは約１０２ｍｍ、ヨーク１８の上・下端面間の距離は４０ｍｍ、ヨーク１８の上端面から可動鉄心２０の下端面（非通電時）までの距離は４４．４ｍｍ、コイル１７の巻数は９４０Ｔ（０．３ｍφ、１６Ω・２０℃）、プランジャ１９の外径は６ｍｍ、シャフト２１の内径は３．８ｍｍに夫々選定されている。
また、前記ヨーク１８及び可動鉄心２０等の磁気回路構成材は、高透磁率合金である２Ｖパーメンジュール（主成分２Ｖ−４９Ｃｏ）を用いて形成されている。
更に、シャフト２１は、スプリング１８により下方へ約１７ｋｇｆの力Ｆで附勢されており、調整ねじ１５の締込み量を調整することにより、可動鉄心２０とヨーク１８の下端面との間隙Ｇ（ソレノイド作動ストローク）は約０．４ｍｍに調整されている。
【０００９】
上記のような条件下に於いて、ソレノイドのプランジャの吸引力を約２０ｋｇｆ（プランジャ作動ストローク約０．４ｍｍの時）に設定して当該開閉制御弁を作動させると、必要とする駆動初期電力は約９００ｗ（７．５Ａ2 ×１６Ω）となる。
このように、従前の図５の如き構成のソレノイド駆動部では、必要とする初期駆動電力が大きくなるだけでなく、電磁石Ｍの背丈も約４４ｍｍ位いとなり、ソレノイド駆動部がバルブボディ１に比較して著しく大形となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於ける上述の如き問題、即ち▲１▼電磁石Ｍの駆動初期に於ける漏洩磁束が大きいため、初期駆動電力が大きくなると共に、ソレノイド駆動部の一層の小形化を図り難いこと及び▲２▼可動鉄心とプランジャとの取付け位置精度を高め難いこと等の問題を解決し、より少ない初期駆動電力でもって所望の開弁力が得られ、ソレノイド駆動部の大幅な小形化を可能としたソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁を提供することを主たる発明の目的とするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１に記載の発明は、弁室（１ａ）の底面に形成した弁座（２）の上方に金属製ダイヤフラム（５）を配設し、弁室（１ａ）内へ挿入したボンネット（３）とバルブボディ（１）との間で金属ダイヤフラム（５）の外周縁を気密状に挾圧保持すると共に、バルブボディ（１）に固定した電磁石（Ｍ）によりステム（７）を駆動させ、前記金属製ダイヤフラム（５）をスプリング（８）の弾性反力に抗して弁座（２）へ当座又は弁座（２）から離座させると共に、前記電磁石（Ｍ）を筒状のプランジャ（１９）と、プランジャ（１９）を囲繞する筒状のヨーク（１８）と、ヨーク（１８）の内部に配設したコイル（１７）と、ヨーク（１８）の端面と対向状に且つこれと間隙（Ｇ）を置いて配設され、プランジャ（１９）に螺着した可動鉄心（２０）とから形成して成るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いて、ヨーク（１８）を、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部（１８ｃ）と外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）とから二重筒状に形成し、またコイル（１７）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）と第２ヨーク部（１８ｄ）との間に配設してその下端部を前記背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）の下端面（１８ｄ′）の近くの上方に位置させ、更に可動鉄心（２０）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）の肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部（２０ｃ）と鍔状の第２可動鉄心部（２０ｄ）とから形成し、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）及び第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と第２可動鉄心部（２０ｄ）の端面（２０ｄ′）を約０．４ｍｍの間隙（Ｇ）を置いて、且つ第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）との間隙（Ｇ）を電磁石（Ｍ）の非作動時においても前記コイル（１７）の下端部より距離（Ｓ）だけ上方に位置せしめて対向させると共に、ステム（７）に連結したシャフト（２１）とプランジャ（１９）とを調整ねじ（１５）を介して連結し、該調整ねじ（１５）によりヨーク（１８）とプランジャ（１９）に固定した可動鉄心（２０）との間隙（Ｇ）を微調整する構成としたことを、発明の基本構成とするものである。
【００１２】
請求項２の発明は、弁室（１ａ）の底面に形成した弁座（２）の上方に金属製ダイヤフラム（５）を配設し、弁室（１ａ）内へ挿入したボンネット（３）とバルブボディ（１）との間で金属ダイヤフラム（５）の外周縁を気密状に挾圧保持すると共に、バルブボディ（１）に固定した電磁石（Ｍ）によりステム（７）を駆動させ、前記金属製ダイヤフラム（５）をスプリング（８）の弾性反力に抗して弁座（２）へ当座又は弁座（２）から離座させると共に、前記電磁石（Ｍ）を筒状のプランジャ（１９）と、プランジャ（１９）を囲繞する筒状のヨーク（１８）と、ヨーク（１８）の内部に配設したコイル（１７）と、ヨーク（１８）の端面と対向状に且つこれと間隙（Ｇ）を置いて配設され、プランジャ（１９）に螺着した可動鉄心（２０）とから形成して成るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いて、ヨーク（１８）を、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部（１８ｃ）と外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）とから二重筒状に形成し、またコイル（１７）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）と第２ヨーク部（１８ｄ）との間に配設してその下端部を前記背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）の下端部より下方の可動鉄心（２０）の近くに位置させ、更に可動鉄心（２０）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）の肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部（２０ｃ）と、第１可動鉄心部（２０ｃ）に一体的に設けた鍔状の第２可動鉄心部（２０ｄ）と、第２可動鉄心部（２０ｄ）の外周縁部に一体的に設けた前記第２ヨーク部（１８ｄ）の肉厚と同じ壁厚の短筒状の折り返し部（２０ｅ）とから形成し、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）及び第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と折り返し部（２０ｅ）の端面（２０ｅ′）を約０．４ｍｍの間隙（Ｇ）を置いて、且つ両間隙（Ｇ）を、電磁石（Ｍ）の非作動時においても前記両間隙（Ｇ）間に上下方向に距離（Ｓ）の段差を持たせ、しかも両間隙（Ｇ）を夫々前記コイル（１７）の下端部より上方に位置せしめて対向させると共に、ステム（７）に連結したシャフト（２１）とプランジャ（１９）とを調整ねじ（１５）を介して連結し、該調整ねじ（１５）によりヨーク（１８）とプランジャ（１９）に固定した可動鉄心（２０）との間隙（Ｇ）を微調整する構成としたことを、発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）との間隙（Ｇ）を、第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と折り返し部（２０ｅ）の端面（２０ｅ′）との間隙（Ｇ）よりも距離（Ｓ）だけ上方に位置させるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の縦断面図であり、図２はソレノイドのヨーク及び可動鉄心部分の拡大断面図である。尚、図１及び図２に於いて前記図に示した従前のシリンダ駆動型金属ダイヤフラム型開閉制御弁の場合と同じ部材には、これと同じ参照番号が付されている。
図１及び図２に於いて、１はバルブボディ、２は弁座、３はボンネット、４はボンネットナット、５は金属製ダイヤフラム、６はディスク、７はステム、８はスプリング、９はアクチエーターボディ、１０はアクチエーターキヤップ、１１は止めボルト、１２はソレノイドベース、１３は固定ナット、１４は止めねじ、１５は調整ねじ、１６は止めねじ、１７はコイル、１７ａはコイルボビン、１８はヨーク、１８ａはコイル挿入部、１８ｂはプランジャ挿通孔、１８ｃは第１ヨーク部、１８ｄは第２ヨーク部、１８ｅはねじ、１９はプランジャ、１９ａはねじ、２０は可動鉄心、２０ｃは第１鉄心部、２０ｄは第２鉄心部、２１はシャフト、２２はリード線、２３はリード保護具、Ｇはソレノイドストローク、Ｍは電磁石である。
【００１５】
バルブボディ１はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されており、中央部には上方が開放された弁室１ａが縦向きに穿設され、弁室１ａの底面には流体通路１ｂに連通する弁座２が設けられている。
弁座２はボディ１とは別体に金属材又は合成樹脂材により形成されており、流体通路１ｂの上端開口縁に嵌着されている。本実施態様では、弁座２をバルブボディ１と別体として耐摩耗性合金材により形成しているが、合成樹脂材により形成してもよく、或いはボディ１と一体的に形成してもよい。
【００１６】
金属製ダイヤフラム５は、厚さ０．１〜０．２ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３１６Ｌ）又はニッケル合金鋼板を２〜４枚重ね合わせたものである。当該金属ダイヤフラム５は所謂逆皿形に形成されており、ステム７及びディスク６により上方から押圧されることにより、下面側が弁座２へ接当する。また、ディスク６による押圧力が除去されると、弾性により初期状態に復元し、弁座２から離れる。尚、金属ダイヤフラム５の弁体としてのストロークは約０．３ｍｍに設定されている。
【００１７】
ステム７はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されており、下端部には硬質合成樹脂製のディスク６が固着されている。
スプリング８は、弾性反力が約１７ｋｇｆとなるように選定されており、バネ定数は６．３２ｋｇｆ／ｍｍに選定されている。即ち、閉弁時の金属ダイヤフラム５は１７ｋｇｆの力で弁座２へ押し付けられる。
【００１８】
アクチエータボディ９はアルミニウム（Ａ５０５６）により円筒型に形成されており、ボンネット３の上端部へ固定ナット１３により固定された上、止めねじ１４により廻り止めされている。また、当該ボディ９の内部上方にはソレノイドベース１２がねじ込み固定されており、これにコイル１７、ヨーク１８、プランジャ１９、可動鉄心２０等から成る電磁石Ｍが止めねじ１６により固定されている。
【００１９】
ヨーク１８は、後述するように高透磁率性の鋼板を用いて厚肉壁の円筒状に形成されており、この厚肉壁の内部にコイル挿入部１８ａが形成されている。
また、ヨーク１８の中央にはプランジャ挿通孔１８ｂが設けられており、ここに細長筒状のプランジャ１９が挿入されている。尚、プランジャ挿通孔１８ｂの内表面には、Ｎｉ−Ｐのメッキ層が形成されている。
【００２０】
即ち、ヨーク１８は、図１及び図２に示すようにコイル１７の内側に位置する背丈の短かい円筒状の第１ヨーク部１８ｃとコイル１７の外方に位置する背丈の長い円筒状の第２ヨーク部１８ｄとから形成されており、円筒状の第１ヨーク部１８ｃの水平状の下端面１８ｃ′と、円筒状の第２ヨーク部１８ｄの水平状の下端面１８ｄ′との間には、段差Ｓが設けられている。
【００２１】
プランジャ１９の端部外周面には雄ねじ１９ａが形成されており、当該ねじ１９ａと可動鉄心２０に形成した雌ねじ１８ａとを螺合することにより、可動鉄心２０がプランジャ１９の端部へ固着されている。
当該可動鉄心２０は、図１及び図２に示すように長さ寸法の大きな円筒状の第１可動鉄心部２０ｃと、第１可動鉄心部２０ｃから鍔状に外方へ張り出した第２可動鉄心部２０ｄとから形成されており、両者の水平な各端面２０ｃ′、２０ｄ′の間には、段差Ｓが設けられている。
【００２２】
前記筒状のプランジャ１９の上端には調整ねじ１５が固定されている。また、プランジャ１９の内方には、ステム７の上端へ一体的に形成した非磁性材製のシャフト（ＳＵＳ３１６）２１が挿通されており、当該シャフト２１の上端に設けたねじ部に、プランジャ１９の上端に固定した調整ねじ１５を螺合することにより、プランジャ１９はシャフト２１へ上・下位置調整可能に支持固定されている。
尚、プランジャ１９をヨーク１８のプランジャ挿通孔１８ｂ内へ挿入した際には、第１ヨーク部１８ｃの下端面１８ｃ′と第１可動鉄心部の上端面２０ｃ′とが、また第２ヨーク部１８ｄの下端面１８ｄ′と第２可動鉄心部の上端面２０ｄ′とが、夫々密着状に接当することは勿論のことである。
【００２３】
前記シャフト２１は、スプリング８により下方へ約１７ｋｇｆの力Ｆで附勢されており、調整ねじ１５の締込み量を調整することにより、プランジャ１９が上・下方向へ移動され、これによって、可動鉄心２０とヨーク１８の下端面との間隙、即ちソレノイドの作動ストロークＧが、約０．４ｍｍに調整される。
尚、本実施態様に於いては、ヨーク１８及び可動鉄心２０等の磁気回路構成材は高透磁率合金である２Ｖパーメンジュール（主成分２Ｖ−４９Ｃｏ）を用いて形成されており、その飽和磁束密度は約２．３５テスラである。
また、ソレノイドのプランジャ吸引力は約２０ｋｇｆ（プランジャ作動ストローク約０．４ｍｍの時）に設定されている。
更に、本実施態様では、ヨーク１８及びアクチエータボディ９を円筒形としているが、これを角筒状としてもよく、加えて、ステム７とシャフト２１を一体的に形成しているが、両者を別体に形成するようにしても良い。
【００２４】
アクチエータボディ９の上方は、アルミニウム（Ａ５０５６）製のアクチエータキャップ１０により密封されており、キャップ１０に設けたリード保護具２３を通して、励磁電流供給用のリード線２２が外部へ引き出されている。
尚、本実施形態ではリード保護具２３内へ樹脂を充填してリード線２２を保持固定するようにしているが、リード保護具２３をコネクタ形式とし、ここでリード線２２と外部配線とを接続するようにしてもよい。
【００２５】
電磁石Ｍのコイル１７へ通電することにより、プランジャ１９及び可動鉄心２０はスプリング８の弾性反力（約１７ｋｇｆ）に抗して上方へ吸引され、可動鉄心２０がヨーク１８へ吸着される。
例えば、下記の実施例に示した電磁石Ｍを用いた場合、弁ストロークＧが０．４ｍｍのとき、約５Ａの初期励磁電流が流れ、約２０ｋｇｆの初期吸引力が得られる。また、この時の初期駆動電力は約１４０ｗ（５Ａ2 ×５．６Ω）となる。
【００２６】
（実施例）
ヨーク１８の外径２３．６ｍｍφ、プランジャ１９の外径６ｍｍφ、シャフト２１の内径３．８ｍｍφ、ヨーク１８と可動鉄心２０との合計長さ２５．０ｍｍ、アクチエータボディ９の外径２８ｍｍ、アクチエータ９の上端面からバルブボディ１の軸芯までの高さ９５ｍｍ、コイル巻数Ｔ、コイル抵抗５．６Ω、スプリング８の弾性反力１７ｋｇｆ、ストロークＧ０．４ｍｍ、初期開弁駆動力２０ｋｇｆ（Ｇ＝０．４ｍｍ）。
【００２７】
上記実施例に係る開閉制御弁と従前の図５に係る開閉制御弁とを対比した場合、電磁石Ｍのヨーク１８及び可動鉄心２０の高さを約３５％（約４０ｍｍから約２５ｍｍに）程度小さくできると共に、初期駆動電力が大幅に減少する。漏洩磁束の減少によりソレノイド駆動初期の起磁力を小さくすることができ、その結果、コイル１７の容積を相対的に減少させることが可能となるからである。
【００２８】
図３は、本発明で使用するヨーク１８と可動鉄心２０の他の実施例を示すものである。ヨーク１８の第２ヨーク部材１８ｄを図２の場合よりも短かくすると共に、可動鉄心２０の鍔状の外方へ張り出した第２可動鉄心部２０ｄの外周端に円筒状の折り返し部２０ｅを一体的に形成するようにしたものであり、第１ヨーク部１８ｄの端面１８ｄ′と可動鉄心２０の折り返し部２０ｅの端面２０ｅ′とが接当することになる。
【００２９】
図４は本発明の他の実施態様を示すものであり、開閉制御弁Ａをノーマルオープン形としたものである。当該実施態様に於いては、スプリング８によってシャフト２１が常に上方へ附勢されており、金属製ダイヤフラム５は弁座２から離れ、流体通路１ｂは常時開放される。
一方、コイル１７が励磁されると、可動鉄心２０が吸着されてプランジャ１９が下方向へ押圧され、金属製ダイヤフラム５が弁座２へ接当することにより、流体通路１ｂが閉鎖される。尚、開閉制御弁そのものの構成は前記図１の場合と全く同様であるため、その説明は省略する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に於いては、ソレノイド駆動部を構成する電磁石Ｍのヨーク１８を、第１ヨーク部１８ｃと、コイル挿入孔１８ａの外側に位置する第２ヨーク部１８ｄとから形成すると共に両者の長さ寸法に段差を設け、更に電磁石Ｍの可動鉄心２０を、第１可動鉄心部２０ｃと、第１可動鉄心部２０ｃから外方へ張り出した鍔状の第２可動鉄心部２０ｄとから形成し、第１ヨーク部１８ｃの端面１８ｃ′と第１可動鉄心部２０ｃの端面２０ｃ′及び第２ヨーク部１８ｄの端面１８ｄ′と第２可動鉄心部２０ｄの端面２０ｄ′を夫々接当させる構成としている。
その結果、ソレノイド起動時の漏洩磁束が従前の鉄心構造の場合に比較して大幅に減少することになり、起磁力の減少を図れることにより、ソレノイドの小型化及び初期駆動用電力の削減が可能となる。
【００３１】
また、本発明に於いては、可動鉄心２０とプランジャ１９とを螺着する構成としている為、従前のかしめ構造により両者を固着する場合に比較してソレノイド鉄心部の組立精度が大幅に向上し、作動時のソレノイドのうなりが皆無になると共に、よりスムーズなソレノイドの作動が可能となる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の縦断面図である。
【図２】本発明で使用する電磁石の鉄心部の拡大縦断面図である。
【図３】本発明で使用する電磁石の鉄心部の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図４】本発明に係るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の他の例を示す縦断面図である。
【図５】従前のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１はバルブボディ、２は弁座、３はボンネット、４はボンネットナット、５は金属製ダイヤフラム、６はディスク、７はステム、８はスプリング、９はアクチエーターボディ、１０はアクチエーターキヤップ、１１は止めボルト、１２はソレノイドベース、１３は固定ナット、１４は止めねじ、１５は調整ねじ、１６は止めねじ、１７はコイル、１７ａはコイルボビン、１８はヨーク、１８ａはコイル挿入部、１８ｂはプランジャ挿通孔、１８ｃは第１ヨーク部、１８ｃ′は端面、１８ｄは第２ヨーク部、１８ｄ′は端面、１８ｅはねじ、１９はプランジャ、１９ａはねじ、２０は可動鉄心、２０ｃは第１鉄心部、２０ｃ′は端面、２０ｄは第２鉄心部、２０ｄ′は端面、２１はシャフト、２２はリード線、２３はリード保護具、Ｇはソレノイドストローク、Ｓは段差、Ｍは電磁石である。
【発明の属する技術分野】
本発明はソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の改良に関するものであり、主として半導体製造装置等に於いて利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置に於いて使用される開閉制御弁は、取扱い流体が高純度流体であることとも相俟って、▲１▼耐蝕性が高いこと、▲２▼発塵が少ないこと、▲３▼ガスの置換性が良いこと及び▲４▼開閉速度が速いこと等の各性能が要求される。
そのため、従前から半導体製造装置用の開閉制御弁としては、空気圧作動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁が多く使用されてきた。当該金属ダイヤフラム型開閉制御弁は、弁室内部のデッドスペースが少なく、ガスの置換性が良いうえ、金属ダイヤフラムを弁座へ垂直方向に面接触させるため、接触部からの発塵が比較的少ないからである。
【０００３】
しかし、空気圧作動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁には、弁の開放に２０ｋｇｆ以上のステム引上げ力を必要とし、駆動用シリンダが大形化すると共にステムの引上げに時間が掛かること、作動用空気の制御機構が複雑になると共にプロセス装置の大形化を招くこと、作動用空気の配管長さが変ると弁開放信号の発信から弁全開までの時間にバラツキが生じ、複数の開閉弁のタイミング制御が難しくなること等の難点がある。
【０００４】
一方、上記の如き空気圧作動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁の問題点を解決するものとして、本件出願人は先きに図５に示すようなソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁を開発し、これを公開している。
即ち、図５に於いて、１はバルブボディ、２は弁座、３はボンネット、４はボンネットナット、５は金属製ダイヤフラム、６はディスク、７はステム、８はスプリング、９はアクチエーターボディ、１０はアクチエーターキャップ、１１は止めボルト、１２はソレノイドベース、１３は固定ナット、１４は止めねじ、１５は調整ねじ、１６は止めねじ、１７はコイル、１８はヨーク、１９はプランジャ、２０は可動鉄心、２１はシャフト、２２はリード線、２３はリード保護具、Ｇはソレノイドストローク、Ｍは電磁石である。
【０００５】
当該ソレノイド駆動式の金属ダイヤフラム型開閉制御弁は、従前の空気圧作動式の開閉制御弁に比較して、開弁速度が約１０倍（約０．００５ｓｅｃ）程度速くなり、繰り返し操作時間を短縮できると共に開閉操作に伴う流体の損失を少なくできること、空気配管や空気源が不要となり、流体制御装置の一層の簡素化及び小型化が図れること、多数の開閉制御弁を同期的に開閉制御することができること等の優れた実用的効用を奏するものである。
【０００６】
しかし、上記図５のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁にも解決すべき問題が多く残されており、その中でもソレノイド駆動部の一層の小型化が緊急の課題となっている。
即ち、半導体製造装置はその大部分が所謂クリーンルーム内に設置されているため、設置スペースを大きく取ることが困難である。そのため、半導体製造装置に付随するガス供給装置等の開閉制御弁に対しても小型化に対する要求が特に厳しく、開弁駆動力に余裕を持たせるために、比較的大型の駆動用ソレノイドを用いると云うことは、現実的に採用が不可能な状態にある。
【０００７】
ところで、上記図５のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いては、磁気回路を形成するヨーク１８を高透磁率合金である２Ｖパーメンジュール（主成分２Ｖ−４９Ｃｏ）を用いて円筒状に形成し、その内部にコイル挿入部１８ａを形成すると共に、当該ヨーク１８の端面と対向状に、ストロークＧの間隙を置いてプランジャ１９にかしめ構造により固定した平板状の可動鉄心２０を水平状に配設する構成としている。
しかし、平板状の可動鉄心２０と平板状のヨーク１８の端面とを同じ水平面上で対向させるようにしているため、ソレノイドの起動初期の間隙Ｇ部分に於ける漏洩磁束が大きくなり、結果として所望の大きさのプランジャ１９の引上力（開弁力）を得るには大電力が必要となり、ソレノイド駆動部が大形になると云う難点がある。
また、可動鉄心２０とプランジャ１９とをかしめ構造によって固定するようにしているため、両者を高精度で垂直状に固定することが困難となり、結果として磁束分布が不均衡になると云う難点がある。
【０００８】
具体的には、図５の開閉制御弁では、アクチエータボディ９の外径は２８ｍｍ、内径は２３．６ｍｍφ、アクチエータ９の上端面からバルブボディ１の軸芯線までの高さは約１０２ｍｍ、ヨーク１８の上・下端面間の距離は４０ｍｍ、ヨーク１８の上端面から可動鉄心２０の下端面（非通電時）までの距離は４４．４ｍｍ、コイル１７の巻数は９４０Ｔ（０．３ｍφ、１６Ω・２０℃）、プランジャ１９の外径は６ｍｍ、シャフト２１の内径は３．８ｍｍに夫々選定されている。
また、前記ヨーク１８及び可動鉄心２０等の磁気回路構成材は、高透磁率合金である２Ｖパーメンジュール（主成分２Ｖ−４９Ｃｏ）を用いて形成されている。
更に、シャフト２１は、スプリング１８により下方へ約１７ｋｇｆの力Ｆで附勢されており、調整ねじ１５の締込み量を調整することにより、可動鉄心２０とヨーク１８の下端面との間隙Ｇ（ソレノイド作動ストローク）は約０．４ｍｍに調整されている。
【０００９】
上記のような条件下に於いて、ソレノイドのプランジャの吸引力を約２０ｋｇｆ（プランジャ作動ストローク約０．４ｍｍの時）に設定して当該開閉制御弁を作動させると、必要とする駆動初期電力は約９００ｗ（７．５Ａ2 ×１６Ω）となる。
このように、従前の図５の如き構成のソレノイド駆動部では、必要とする初期駆動電力が大きくなるだけでなく、電磁石Ｍの背丈も約４４ｍｍ位いとなり、ソレノイド駆動部がバルブボディ１に比較して著しく大形となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於ける上述の如き問題、即ち▲１▼電磁石Ｍの駆動初期に於ける漏洩磁束が大きいため、初期駆動電力が大きくなると共に、ソレノイド駆動部の一層の小形化を図り難いこと及び▲２▼可動鉄心とプランジャとの取付け位置精度を高め難いこと等の問題を解決し、より少ない初期駆動電力でもって所望の開弁力が得られ、ソレノイド駆動部の大幅な小形化を可能としたソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁を提供することを主たる発明の目的とするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１に記載の発明は、弁室（１ａ）の底面に形成した弁座（２）の上方に金属製ダイヤフラム（５）を配設し、弁室（１ａ）内へ挿入したボンネット（３）とバルブボディ（１）との間で金属ダイヤフラム（５）の外周縁を気密状に挾圧保持すると共に、バルブボディ（１）に固定した電磁石（Ｍ）によりステム（７）を駆動させ、前記金属製ダイヤフラム（５）をスプリング（８）の弾性反力に抗して弁座（２）へ当座又は弁座（２）から離座させると共に、前記電磁石（Ｍ）を筒状のプランジャ（１９）と、プランジャ（１９）を囲繞する筒状のヨーク（１８）と、ヨーク（１８）の内部に配設したコイル（１７）と、ヨーク（１８）の端面と対向状に且つこれと間隙（Ｇ）を置いて配設され、プランジャ（１９）に螺着した可動鉄心（２０）とから形成して成るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いて、ヨーク（１８）を、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部（１８ｃ）と外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）とから二重筒状に形成し、またコイル（１７）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）と第２ヨーク部（１８ｄ）との間に配設してその下端部を前記背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）の下端面（１８ｄ′）の近くの上方に位置させ、更に可動鉄心（２０）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）の肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部（２０ｃ）と鍔状の第２可動鉄心部（２０ｄ）とから形成し、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）及び第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と第２可動鉄心部（２０ｄ）の端面（２０ｄ′）を約０．４ｍｍの間隙（Ｇ）を置いて、且つ第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）との間隙（Ｇ）を電磁石（Ｍ）の非作動時においても前記コイル（１７）の下端部より距離（Ｓ）だけ上方に位置せしめて対向させると共に、ステム（７）に連結したシャフト（２１）とプランジャ（１９）とを調整ねじ（１５）を介して連結し、該調整ねじ（１５）によりヨーク（１８）とプランジャ（１９）に固定した可動鉄心（２０）との間隙（Ｇ）を微調整する構成としたことを、発明の基本構成とするものである。
【００１２】
請求項２の発明は、弁室（１ａ）の底面に形成した弁座（２）の上方に金属製ダイヤフラム（５）を配設し、弁室（１ａ）内へ挿入したボンネット（３）とバルブボディ（１）との間で金属ダイヤフラム（５）の外周縁を気密状に挾圧保持すると共に、バルブボディ（１）に固定した電磁石（Ｍ）によりステム（７）を駆動させ、前記金属製ダイヤフラム（５）をスプリング（８）の弾性反力に抗して弁座（２）へ当座又は弁座（２）から離座させると共に、前記電磁石（Ｍ）を筒状のプランジャ（１９）と、プランジャ（１９）を囲繞する筒状のヨーク（１８）と、ヨーク（１８）の内部に配設したコイル（１７）と、ヨーク（１８）の端面と対向状に且つこれと間隙（Ｇ）を置いて配設され、プランジャ（１９）に螺着した可動鉄心（２０）とから形成して成るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いて、ヨーク（１８）を、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部（１８ｃ）と外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）とから二重筒状に形成し、またコイル（１７）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）と第２ヨーク部（１８ｄ）との間に配設してその下端部を前記背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）の下端部より下方の可動鉄心（２０）の近くに位置させ、更に可動鉄心（２０）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）の肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部（２０ｃ）と、第１可動鉄心部（２０ｃ）に一体的に設けた鍔状の第２可動鉄心部（２０ｄ）と、第２可動鉄心部（２０ｄ）の外周縁部に一体的に設けた前記第２ヨーク部（１８ｄ）の肉厚と同じ壁厚の短筒状の折り返し部（２０ｅ）とから形成し、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）及び第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と折り返し部（２０ｅ）の端面（２０ｅ′）を約０．４ｍｍの間隙（Ｇ）を置いて、且つ両間隙（Ｇ）を、電磁石（Ｍ）の非作動時においても前記両間隙（Ｇ）間に上下方向に距離（Ｓ）の段差を持たせ、しかも両間隙（Ｇ）を夫々前記コイル（１７）の下端部より上方に位置せしめて対向させると共に、ステム（７）に連結したシャフト（２１）とプランジャ（１９）とを調整ねじ（１５）を介して連結し、該調整ねじ（１５）によりヨーク（１８）とプランジャ（１９）に固定した可動鉄心（２０）との間隙（Ｇ）を微調整する構成としたことを、発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）との間隙（Ｇ）を、第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と折り返し部（２０ｅ）の端面（２０ｅ′）との間隙（Ｇ）よりも距離（Ｓ）だけ上方に位置させるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の縦断面図であり、図２はソレノイドのヨーク及び可動鉄心部分の拡大断面図である。尚、図１及び図２に於いて前記図に示した従前のシリンダ駆動型金属ダイヤフラム型開閉制御弁の場合と同じ部材には、これと同じ参照番号が付されている。
図１及び図２に於いて、１はバルブボディ、２は弁座、３はボンネット、４はボンネットナット、５は金属製ダイヤフラム、６はディスク、７はステム、８はスプリング、９はアクチエーターボディ、１０はアクチエーターキヤップ、１１は止めボルト、１２はソレノイドベース、１３は固定ナット、１４は止めねじ、１５は調整ねじ、１６は止めねじ、１７はコイル、１７ａはコイルボビン、１８はヨーク、１８ａはコイル挿入部、１８ｂはプランジャ挿通孔、１８ｃは第１ヨーク部、１８ｄは第２ヨーク部、１８ｅはねじ、１９はプランジャ、１９ａはねじ、２０は可動鉄心、２０ｃは第１鉄心部、２０ｄは第２鉄心部、２１はシャフト、２２はリード線、２３はリード保護具、Ｇはソレノイドストローク、Ｍは電磁石である。
【００１５】
バルブボディ１はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されており、中央部には上方が開放された弁室１ａが縦向きに穿設され、弁室１ａの底面には流体通路１ｂに連通する弁座２が設けられている。
弁座２はボディ１とは別体に金属材又は合成樹脂材により形成されており、流体通路１ｂの上端開口縁に嵌着されている。本実施態様では、弁座２をバルブボディ１と別体として耐摩耗性合金材により形成しているが、合成樹脂材により形成してもよく、或いはボディ１と一体的に形成してもよい。
【００１６】
金属製ダイヤフラム５は、厚さ０．１〜０．２ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３１６Ｌ）又はニッケル合金鋼板を２〜４枚重ね合わせたものである。当該金属ダイヤフラム５は所謂逆皿形に形成されており、ステム７及びディスク６により上方から押圧されることにより、下面側が弁座２へ接当する。また、ディスク６による押圧力が除去されると、弾性により初期状態に復元し、弁座２から離れる。尚、金属ダイヤフラム５の弁体としてのストロークは約０．３ｍｍに設定されている。
【００１７】
ステム７はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成されており、下端部には硬質合成樹脂製のディスク６が固着されている。
スプリング８は、弾性反力が約１７ｋｇｆとなるように選定されており、バネ定数は６．３２ｋｇｆ／ｍｍに選定されている。即ち、閉弁時の金属ダイヤフラム５は１７ｋｇｆの力で弁座２へ押し付けられる。
【００１８】
アクチエータボディ９はアルミニウム（Ａ５０５６）により円筒型に形成されており、ボンネット３の上端部へ固定ナット１３により固定された上、止めねじ１４により廻り止めされている。また、当該ボディ９の内部上方にはソレノイドベース１２がねじ込み固定されており、これにコイル１７、ヨーク１８、プランジャ１９、可動鉄心２０等から成る電磁石Ｍが止めねじ１６により固定されている。
【００１９】
ヨーク１８は、後述するように高透磁率性の鋼板を用いて厚肉壁の円筒状に形成されており、この厚肉壁の内部にコイル挿入部１８ａが形成されている。
また、ヨーク１８の中央にはプランジャ挿通孔１８ｂが設けられており、ここに細長筒状のプランジャ１９が挿入されている。尚、プランジャ挿通孔１８ｂの内表面には、Ｎｉ−Ｐのメッキ層が形成されている。
【００２０】
即ち、ヨーク１８は、図１及び図２に示すようにコイル１７の内側に位置する背丈の短かい円筒状の第１ヨーク部１８ｃとコイル１７の外方に位置する背丈の長い円筒状の第２ヨーク部１８ｄとから形成されており、円筒状の第１ヨーク部１８ｃの水平状の下端面１８ｃ′と、円筒状の第２ヨーク部１８ｄの水平状の下端面１８ｄ′との間には、段差Ｓが設けられている。
【００２１】
プランジャ１９の端部外周面には雄ねじ１９ａが形成されており、当該ねじ１９ａと可動鉄心２０に形成した雌ねじ１８ａとを螺合することにより、可動鉄心２０がプランジャ１９の端部へ固着されている。
当該可動鉄心２０は、図１及び図２に示すように長さ寸法の大きな円筒状の第１可動鉄心部２０ｃと、第１可動鉄心部２０ｃから鍔状に外方へ張り出した第２可動鉄心部２０ｄとから形成されており、両者の水平な各端面２０ｃ′、２０ｄ′の間には、段差Ｓが設けられている。
【００２２】
前記筒状のプランジャ１９の上端には調整ねじ１５が固定されている。また、プランジャ１９の内方には、ステム７の上端へ一体的に形成した非磁性材製のシャフト（ＳＵＳ３１６）２１が挿通されており、当該シャフト２１の上端に設けたねじ部に、プランジャ１９の上端に固定した調整ねじ１５を螺合することにより、プランジャ１９はシャフト２１へ上・下位置調整可能に支持固定されている。
尚、プランジャ１９をヨーク１８のプランジャ挿通孔１８ｂ内へ挿入した際には、第１ヨーク部１８ｃの下端面１８ｃ′と第１可動鉄心部の上端面２０ｃ′とが、また第２ヨーク部１８ｄの下端面１８ｄ′と第２可動鉄心部の上端面２０ｄ′とが、夫々密着状に接当することは勿論のことである。
【００２３】
前記シャフト２１は、スプリング８により下方へ約１７ｋｇｆの力Ｆで附勢されており、調整ねじ１５の締込み量を調整することにより、プランジャ１９が上・下方向へ移動され、これによって、可動鉄心２０とヨーク１８の下端面との間隙、即ちソレノイドの作動ストロークＧが、約０．４ｍｍに調整される。
尚、本実施態様に於いては、ヨーク１８及び可動鉄心２０等の磁気回路構成材は高透磁率合金である２Ｖパーメンジュール（主成分２Ｖ−４９Ｃｏ）を用いて形成されており、その飽和磁束密度は約２．３５テスラである。
また、ソレノイドのプランジャ吸引力は約２０ｋｇｆ（プランジャ作動ストローク約０．４ｍｍの時）に設定されている。
更に、本実施態様では、ヨーク１８及びアクチエータボディ９を円筒形としているが、これを角筒状としてもよく、加えて、ステム７とシャフト２１を一体的に形成しているが、両者を別体に形成するようにしても良い。
【００２４】
アクチエータボディ９の上方は、アルミニウム（Ａ５０５６）製のアクチエータキャップ１０により密封されており、キャップ１０に設けたリード保護具２３を通して、励磁電流供給用のリード線２２が外部へ引き出されている。
尚、本実施形態ではリード保護具２３内へ樹脂を充填してリード線２２を保持固定するようにしているが、リード保護具２３をコネクタ形式とし、ここでリード線２２と外部配線とを接続するようにしてもよい。
【００２５】
電磁石Ｍのコイル１７へ通電することにより、プランジャ１９及び可動鉄心２０はスプリング８の弾性反力（約１７ｋｇｆ）に抗して上方へ吸引され、可動鉄心２０がヨーク１８へ吸着される。
例えば、下記の実施例に示した電磁石Ｍを用いた場合、弁ストロークＧが０．４ｍｍのとき、約５Ａの初期励磁電流が流れ、約２０ｋｇｆの初期吸引力が得られる。また、この時の初期駆動電力は約１４０ｗ（５Ａ2 ×５．６Ω）となる。
【００２６】
（実施例）
ヨーク１８の外径２３．６ｍｍφ、プランジャ１９の外径６ｍｍφ、シャフト２１の内径３．８ｍｍφ、ヨーク１８と可動鉄心２０との合計長さ２５．０ｍｍ、アクチエータボディ９の外径２８ｍｍ、アクチエータ９の上端面からバルブボディ１の軸芯までの高さ９５ｍｍ、コイル巻数Ｔ、コイル抵抗５．６Ω、スプリング８の弾性反力１７ｋｇｆ、ストロークＧ０．４ｍｍ、初期開弁駆動力２０ｋｇｆ（Ｇ＝０．４ｍｍ）。
【００２７】
上記実施例に係る開閉制御弁と従前の図５に係る開閉制御弁とを対比した場合、電磁石Ｍのヨーク１８及び可動鉄心２０の高さを約３５％（約４０ｍｍから約２５ｍｍに）程度小さくできると共に、初期駆動電力が大幅に減少する。漏洩磁束の減少によりソレノイド駆動初期の起磁力を小さくすることができ、その結果、コイル１７の容積を相対的に減少させることが可能となるからである。
【００２８】
図３は、本発明で使用するヨーク１８と可動鉄心２０の他の実施例を示すものである。ヨーク１８の第２ヨーク部材１８ｄを図２の場合よりも短かくすると共に、可動鉄心２０の鍔状の外方へ張り出した第２可動鉄心部２０ｄの外周端に円筒状の折り返し部２０ｅを一体的に形成するようにしたものであり、第１ヨーク部１８ｄの端面１８ｄ′と可動鉄心２０の折り返し部２０ｅの端面２０ｅ′とが接当することになる。
【００２９】
図４は本発明の他の実施態様を示すものであり、開閉制御弁Ａをノーマルオープン形としたものである。当該実施態様に於いては、スプリング８によってシャフト２１が常に上方へ附勢されており、金属製ダイヤフラム５は弁座２から離れ、流体通路１ｂは常時開放される。
一方、コイル１７が励磁されると、可動鉄心２０が吸着されてプランジャ１９が下方向へ押圧され、金属製ダイヤフラム５が弁座２へ接当することにより、流体通路１ｂが閉鎖される。尚、開閉制御弁そのものの構成は前記図１の場合と全く同様であるため、その説明は省略する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に於いては、ソレノイド駆動部を構成する電磁石Ｍのヨーク１８を、第１ヨーク部１８ｃと、コイル挿入孔１８ａの外側に位置する第２ヨーク部１８ｄとから形成すると共に両者の長さ寸法に段差を設け、更に電磁石Ｍの可動鉄心２０を、第１可動鉄心部２０ｃと、第１可動鉄心部２０ｃから外方へ張り出した鍔状の第２可動鉄心部２０ｄとから形成し、第１ヨーク部１８ｃの端面１８ｃ′と第１可動鉄心部２０ｃの端面２０ｃ′及び第２ヨーク部１８ｄの端面１８ｄ′と第２可動鉄心部２０ｄの端面２０ｄ′を夫々接当させる構成としている。
その結果、ソレノイド起動時の漏洩磁束が従前の鉄心構造の場合に比較して大幅に減少することになり、起磁力の減少を図れることにより、ソレノイドの小型化及び初期駆動用電力の削減が可能となる。
【００３１】
また、本発明に於いては、可動鉄心２０とプランジャ１９とを螺着する構成としている為、従前のかしめ構造により両者を固着する場合に比較してソレノイド鉄心部の組立精度が大幅に向上し、作動時のソレノイドのうなりが皆無になると共に、よりスムーズなソレノイドの作動が可能となる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の縦断面図である。
【図２】本発明で使用する電磁石の鉄心部の拡大縦断面図である。
【図３】本発明で使用する電磁石の鉄心部の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図４】本発明に係るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の他の例を示す縦断面図である。
【図５】従前のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１はバルブボディ、２は弁座、３はボンネット、４はボンネットナット、５は金属製ダイヤフラム、６はディスク、７はステム、８はスプリング、９はアクチエーターボディ、１０はアクチエーターキヤップ、１１は止めボルト、１２はソレノイドベース、１３は固定ナット、１４は止めねじ、１５は調整ねじ、１６は止めねじ、１７はコイル、１７ａはコイルボビン、１８はヨーク、１８ａはコイル挿入部、１８ｂはプランジャ挿通孔、１８ｃは第１ヨーク部、１８ｃ′は端面、１８ｄは第２ヨーク部、１８ｄ′は端面、１８ｅはねじ、１９はプランジャ、１９ａはねじ、２０は可動鉄心、２０ｃは第１鉄心部、２０ｃ′は端面、２０ｄは第２鉄心部、２０ｄ′は端面、２１はシャフト、２２はリード線、２３はリード保護具、Ｇはソレノイドストローク、Ｓは段差、Ｍは電磁石である。
Claims (3)
- 弁室（１ａ）の底面に形成した弁座（２）の上方に金属製ダイヤフラム（５）を配設し、弁室（１ａ）内へ挿入したボンネット（３）とバルブボディ（１）との間で金属ダイヤフラム（５）の外周縁を気密状に挾圧保持すると共に、バルブボディ（１）に固定した電磁石（Ｍ）によりステム（７）を駆動させ、前記金属製ダイヤフラム（５）をスプリング（８）の弾性反力に抗して弁座（２）へ当座又は弁座（２）から離座させると共に、前記電磁石（Ｍ）を筒状のプランジャ（１９）と、プランジャ（１９）を囲繞する筒状のヨーク（１８）と、ヨーク（１８）の内部に配設したコイル（１７）と、ヨーク（１８）の端面と対向状に且つこれと間隙（Ｇ）を置いて配設され、プランジャ（１９）に螺着した可動鉄心（２０）とから形成して成るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いて、ヨーク（１８）を、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部（１８ｃ）と外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）とから二重筒状に形成し、またコイル（１７）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）と第２ヨーク部（１８ｄ）との間に配設してその下端部を前記背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）の下端面（１８ｄ′）の近くの上方に位置させ、更に可動鉄心（２０）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）の肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部（２０ｃ）と鍔状の第２可動鉄心部（２０ｄ）とから形成し、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）及び第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と第２可動鉄心部（２０ｄ）の端面（２０ｄ′）を約０．４ｍｍの間隙（Ｇ）を置いて、且つ第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）との間隙（Ｇ）を電磁石（Ｍ）の非作動時においても前記コイル（１７）の下端部より距離（Ｓ）だけ上方に位置せしめて対向させると共に、ステム（７）に連結したシャフト（２１）とプランジャ（１９）とを調整ねじ（１５）を介して連結し、該調整ねじ（１５）によりヨーク（１８）とプランジャ（１９）に固定した可動鉄心（２０）との間隙（Ｇ）を微調整する構成としたソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁。
- 弁室（１ａ）の底面に形成した弁座（２）の上方に金属製ダイヤフラム（５）を配設し、弁室（１ａ）内へ挿入したボンネット（３）とバルブボディ（１）との間で金属ダイヤフラム（５）の外周縁を気密状に挾圧保持すると共に、バルブボディ（１）に固定した電磁石（Ｍ）によりステム（７）を駆動させ、前記金属製ダイヤフラム（５）をスプリング（８）の弾性反力に抗して弁座（２）へ当座又は弁座（２）から離座させると共に、前記電磁石（Ｍ）を筒状のプランジャ（１９）と、プランジャ（１９）を囲繞する筒状のヨーク（１８）と、ヨーク（１８）の内部に配設したコイル（１７）と、ヨーク（１８）の端面と対向状に且つこれと間隙（Ｇ）を置いて配設され、プランジャ（１９）に螺着した可動鉄心（２０）とから形成して成るソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁に於いて、ヨーク（１８）を、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部（１８ｃ）と外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）とから二重筒状に形成し、またコイル（１７）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）と第２ヨーク部（１８ｄ）との間に配設してその下端部を前記背丈の長い第２ヨーク部（１８ｄ）の下端部より下方の可動鉄心（２０）の近くに位置させ、更に可動鉄心（２０）を、前記第１ヨーク部（１８ｃ）の肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部（２０ｃ）と、第１可動鉄心部（２０ｃ）に一体的に設けた鍔状の第２可動鉄心部（２０ｄ）と、第２可動鉄心部（２０ｄ）の外周縁部に一体的に設けた前記第２ヨーク部（１８ｄ）の肉厚と同じ壁厚の短筒状の折り返し部（２０ｅ）とから形成し、第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）及び第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と折り返し部（２０ｅ）の端面（２０ｅ′）を約０．４ｍｍの間隙（Ｇ）を置いて、且つ両間隙（Ｇ）を、電磁石（Ｍ）の非作動時においても前記両間隙（Ｇ）間に上下方向に距離（Ｓ）の段差を持たせ、しかも両間隙（Ｇ）を夫々前記コイル（１７）の下端部より上方に位置せしめて対向させると共に、ステム（７）に連結したシャフト（２１）とプランジャ（１９）とを調整ねじ（１５）を介して連結し、該調整ねじ（１５）によりヨーク（１８）とプランジャ（１９）に固定した可動鉄心（２０）との間隙（Ｇ）を微調整する構成としたソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁。
- 第１ヨーク部（１８ｃ）の端面（１８ｃ′）と第１可動鉄心部（２０ｃ）の端面（２０ｃ′）との間隙（Ｇ）を、第２ヨーク部（１８ｄ）の端面（１８ｄ′）と折り返し部（２０ｅ）の端面（２０ｅ′）との間隙（Ｇ）よりも距離（Ｓ）だけ上方に位置させるようにした請求項２に記載のソレノイド駆動式金属ダイヤフラム型開閉制御弁。
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