JP4176241B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばガスの流量を制御するマスフローコントローラなどに用いられるノーマリィクローズ型（常時閉路型）の流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のノーマリィクローズ型の流量制御弁の構成を概略的に示す縦断面図である。
従来のノーマリィクローズ型の流量制御弁は、以下のように構成されている。すなわち、ブロック本体Ｂに設けられ、ガス導入路４およびガス導出路５が底部あるいは側部に接続される開口部１に、下から順に、前記ガス導入路４と連通する貫通孔１１を中央に有する下部１２およびこの下部１２の上面に連設される筒状に形成された上部１３からなるガイドブロック６と、前記上部１３の内側底部に配置される弾性部材７と、この弾性部材７の上側に配置され、弾性部材７によって上方に付勢されるとともに、上下に貫通し、かつ前記貫通孔１１の真上に位置しないガス流路１７を有するノズルブロック８と、前記ガイドブロック８の上側に位置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔１１の真上に位置するオリフィス１９を中央に有するオリフィスブロック９が設けられており、さらに、このオリフィスブロック９の上側に位置し、中央にプランジャ部２５を有するダイヤフラム構造の押圧部材３１が設けられており、また、前記オリフィス１９を貫通し、前記押圧部材３１により下方へ押圧される押圧ピン１０が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成からなるノーマリィクローズ型の流量制御弁において、押圧ピン部１０の側壁とオリフィス１９の内壁との間には、０．０５ｍｍ程度の幅しかなく、また、前記押圧ピン部１０は、ノズルブロック８の上面に載置されているだけで固定されていなかったので、ノズルブロック８の上面に対してズレることがあった。これは、ノズルブロック８とガイドブロック６の上部１３との関係についても同様である。このようなことに加えて、前記ノズルブロック８の押し下げが、押圧部材３１と押圧ピン部１０、押圧ピン部１０とノズルブロック８の二点接触によって行われていたため、安定性が悪いものとなっていた。
【０００４】
そのため、前記押圧部材３の押圧によって、押圧ピン１０およびノズルブロック８が上下に移動すると、前記オリフィスブロック９の内壁、前記上部１３の内壁に対して、それぞれ押圧ピン１０の側壁、ノズルブロック８の側壁が接触し、摩擦が生じることにより、パーティクル（微粒子状のかす）が発生し、このパーティクルがガスに混入して、下流側に設けられた半導体素子の上に載ったりするとショートとなり好ましいものではなかった。
【０００５】
また、前記摩擦の発生を防止するために、押圧ピン１０やノズルブロック８の径を小さく構成すると、それぞれをオリフィス１９内および上部１３内において、前後左右に傾かせずに保持および上下移動させることがさらに難しくなり、このことから、押圧部材３によるノズルブロック８および押圧ピン１０の押圧に関する制御を精度良く行えなくなる。従って、ガス導出口５から導出するガスの流量制御は、前記ノズルブロック８を上下移動させることで行うが、この上下移動の制御の精度が低下することは、ガスの流量制御の精度が低下することにもなる。
【０００６】
この発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、ノーマリィクローズ型の流量制御弁において、パーティクルの発生を防止するとともに、精度の良いガスの流量制御を行うことが可能な流量制御弁を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の流量制御弁は、ブロック本体に設けられ、ガス導入路およびガス導出路が底部に接続された開口部に、下から順に、前記ガス導入路と連通する貫通孔を中央に有する下部およびこの下部の上面に連設される筒状に形成された上部からなるガイドブロックと、前記上部の内側底部に配置される弾性部材と、この弾性部材の上側に配置され、弾性部材によって上方に付勢されるとともに、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置しないガス流路を有するノズルブロックと、前記ガイドブロックの上側に位置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置するオリフィスを中央に有するオリフィスブロックが設けられており、さらに、このオリフィスブロックの上側に位置し、中央にプランジャ部を有するダイヤフラム構造の押圧部材とが設けられており、また、前記オリフィスを貫通する押圧ピンが設けられている流量制御弁であって、前記ノズルブロックの側壁を前記上部の内壁に接触させないようにするために、前記弾性部材の中央に設けた差し込み口にノズルブロックの下面中央に形成した小径部を上方から挿入した状態で弾性部材にノズルブロックを保持させることにより、ノズルブロックの中心と前記貫通孔の中心とが同一直線上に位置するように位置決めし、かつ、押圧部材に前記押圧ピンを一体成形して、ノズルブロックの上端に押圧ピンの下端を接触させるようにし、前記ノズルブロックの側壁と前記ガイドブロックの上部の内壁とが接触して摩擦が生じることなく、押圧ピンの側壁とオリフィスの内壁とが接触して摩擦が生じることがないようにした（請求項１）。
【０００９】
上記の構成により、ノーマリィクローズ型の流量制御弁において、パーティクルの発生を防止するとともに、精度の良いガスの流量制御を行うことが可能な流量制御弁を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を、図を参照しながら説明する。
図１は、本発明の参考例に係る流量制御弁Ｄの構成を概略的に示す縦断面図である。
流量制御弁Ｄは、外形が円柱状に形成された開口部１内に設けられるとともに、上端が前記開口部１の上面よりも上方に突出している弁ブロック２と、この弁ブロック２の上面を覆うように設けられた押圧部材３とから構成されている。
【００１１】
前記開口部１は、ブロック本体Ｂに設けられたものであり、底部には、ガス導入路４と、ガス導出路５とが接続されている。そして、前記ガス導入路４は、開口部１の底部のほぼ中心に接続されている。尚、前記ガス導入路４，ガス導出路５は、開口部１の側部に接続されてもよい。
【００１２】
前記弁ブロック２は、ガイドブロック６と、弾性部材７と、ノズルブロック８と、オリフィスブロック９と、押圧ピン部１０とから構成されている。
【００１３】
前記ガイドブロック６は、前記ガス導入路４と連通し、上下方向に設けられた貫通孔１１を中央に有するほぼ円柱状の下部１２と、この下部１２の上面に連設され、かつ外径が前記下部１２の上端と同一である筒状に形成された上部１３とからなる。そして、前記上部１３の内側底部には、環状突起部１４が形成されている。このような構成からなるガイドブロック６の外径は、前記開口部１の径よりも幾分小さく形成されている。また、前記下部１２の底には、外径が、前記上部１３の外径よりも小さい小径部１５が形成されている。なお、前記ガス導出路５は、この小径部１５および前記貫通孔１１の真下以外の位置に接続されている。
【００１４】
前記弾性部材７は、たとえば平面視が円形状の板バネであり、上下方向に形成された複数の流路（図示せず）を有するとともに、中央に平面視が円形状の差し込み口１６が形成されている。そして、弾性部材７の周縁部は、前記環状突起部１４の上面に当接しており、この当接によって、弾性部材７は、前記下部１２の上面から離れた状態で保持されることになる。
【００１５】
前記ノズルブロック８は、上下に貫通し、前記貫通孔１１の真上に位置しない複数のガス流路１７、１７…を有するほぼ円柱状の部材であり、下面の中央に小径部１８が形成されている。また、外面下部には、下方に向かって径が小さくなるテーパ面Ｔが形成されている。
【００１６】
上記の構成からなるノズルブロック８は、前記ガイドブロック６の筒状の上部１３内側で、かつ前記弾性部材７の上側に配置され、この弾性部材７によって、常に上方へ付勢されることになる。また、前記小径部１８が、前記弾性部材７の差し込み口１６に挿入された状態で保持されることにより、ノズルブロック８の中心と前記貫通孔１１の中心とが同一直線上に位置するように位置決め（以下、センタリングという）されることになる。なお、ノズルブロック８の外径は、前記ガイドブロック６の上部１３の内径よりも十分に小さく形成されており、ノズルブロック８の側壁と、上部１３の内壁とは接触することがない。
【００１７】
前記オリフィスブロック９は、上下に貫通するオリフィス１９を中央に有するほぼ円柱状の部材であり、外径が前記開口部１の内径とほぼ等しい大径部２０と、この大径部２０の下端に連設される中径部２１とからなっている。なお、この中径部２１の外径は、前記大径部２０の外径よりも小さく、前記ガイドブロック６の外径よりも大きく形成されている。また、オリフィスブロック９の上面には、平面視が円形状の凹入部２２が設けられ、さらに、オリフィスブロック９の内部に、一端がこの凹入部２２の周縁部に連通し、他端が前記中径部２１の側面に連通する流路２３が形成されている。また、前記オリフィスブロック９の上部は、前記開口部１の上端よりも、上方へ突出している。
【００１８】
前記押圧ピン部１０は、前記オリフィス１９を挿通するように形成されたほぼ円柱状の部材であり、下端が前記ノズルブロック８の上面の中心に位置するようノズルブロック８に一体成形されている。
【００１９】
また、前記押圧ピン部１０の外径は、前記オリフィス１９の径よりも十分小さく形成されており、押圧ピン部１０の側壁と、オリフィス１９の内壁とは接触することがない。
【００２０】
前記押圧部材３は、弁ブロック押さえ部２４と、プランジャ部２５とから構成されている。
【００２１】
前記弁ブロック押さえ部２４は、内部が中空に形成されたほぼ円筒状の部材であり、プランジャ部２５を覆うための図示しないケースによって、下方へ付勢されている。また、前記弁ブロック押さえ部２４は、ダイヤフラム２６を備えており、このダイヤフラム２６は、前記凹入部２２の上端に形成される開口を常時閉塞する弁体として機能するもので、スレンレス鋼など耐腐食性およびばね性に富む素材よりなる。なお、２７はシール部材である。
【００２２】
前記弁ブロック押さえ部２４が下方に付勢されていることにより、上端がこの弁ブロック押さえ部２４の下面に当接している前記オリフィスブロック９も、下方へ付勢されることになり、また、上端がこのオリフィスブロック９の下面に当接しているガイドブロック６も、下方に付勢されることになる。このため、弁ブロック２は、前記開口部１内に安定した状態で保持されることになる。さらに、前記オリフィスブロック９の下方に位置するノズルブロック８は、前記弾性部材７によって上方に付勢されているため、ノズルブロック８の上面が前記オリフィス１９の下端に当接することになり、通常時は、オリフィス１９の下端が閉塞されることになる。
【００２３】
前記プランジャ部２５は、ほぼ円柱状の部材であり、下端が前記ダイヤフラム２６の上面に接続されるとともに、上方には、アクチュエータとしてのピエゾスタック（図示せず）が設けられており、このピエゾスタックに所定の電圧を印加することにより、プランジャ部２５を下方へ押し下げる力が発生する。
【００２４】
以下に、上記の構成からなる流量制御弁Ｄの動作について、流量制御弁Ｄ内を流れるガスの動きとともに説明する。
流量制御弁Ｄによるガスの流量制御は、前記ピエゾスタックに電圧を印加して、プランジャ部２５を上下に移動させることで行う。すなわち、ピエゾスタックに電圧が印加されていない初期状態では、前記プランジャ部２５は、前記押圧ピン部１０を下方へ押し下げないように保持される。従って、前記弾性部材７により上方に付勢されているノズルブロック８の上面が、前記オリフィス１９の下端を閉塞している状態が保たれることになる。
【００２５】
上記のような初期状態では、前記ガス導入路４から開口部１内に導入されたガスは、ガイドブロック６の下部１２内に設けられた貫通孔１１を通り、ガイドブロック６の上部１３内に進入するが、この上部１３の下流側にあるオリフィス１９の下端は閉塞されているため、ガスが上部１３からオリフィス１９内へ流れることはない。
【００２６】
そして、ピエゾスタックに電圧を印加した印加状態にすると、印加した電圧の大きさに応じて、前記プランジャ部２５が押し下げられ、この押し下げに伴って、前記押圧ピン部１０とノズルブロック８とに、下方向への付勢が働くことになる。この下向きの付勢と、ノズルブロック８に加わる弾性部材７による上向きの付勢との均衡によって、ノズルブロック８と押圧ピン部１０の上下方向における位置決めがなされる。
【００２７】
上記のような印加状態では、ノズルブロック８の上面が、前記オリフィス１９の下端を閉塞している状態が解除されることになり、初期状態では、オリフィス１９内に進入できなかったガスが、進入可能となる。オリフィス１９内に進入したガスは、その後、凹入部２２、流路２３を通って、中径部２１の外側に至り、さらに、開口部１の内壁と弁ブロック２の外壁の間を通って、開口部１の底部に接続されたガス導出路５から、開口部１の下流側へ導出されることになる。なお、ガス導出路５から導出するガスの流量は、ノズルブロック８の上面と、オリフィス１９の下端との離間距離を調節することで行うことができ、この調節は、ノズルブロック８と一体的に形成されている押圧ピン部１０を押し下げる前記プランジャ部２５のアクチュエータであるピエゾスタックに印加する電圧の大きさを調整することで行うことができる。
【００２８】
なお、上記したように、前記ノズルブロック８の外面下部には、下方に向かって径が小さくなるテーパ面Ｔが形成されており、従って、弾性部材７に接する面積は、このようなテーパ面Ｔを形成しない場合に比べて、小さくなることになる。
【００２９】
また、上記の構成からなる流量制御弁Ｄの部材は、全てステンレスによって形成されている。
【００３０】
上記の構成からなる流量制御弁Ｄにおいて、上述のように、ノズルブロック８は弾性部材７によってセンタリングされているが、このノズルブロック８に一体的に形成されている押圧ピン部１０も同様にセンタリングされることになる。従って、ノズルブロック８の側壁とガイドブロック６の上部１３の内壁とが接触して摩擦が生じることはなく、また、押圧ピン部１０の側壁とオリフィス１９の内壁とが接触して摩擦が生じることがないため、前記二つの摩擦を原因として生じるパーティクルが発生することを防止することができる。そして、さらには、この流量制御弁Ｄの耐久性をも向上させることが可能となる。
【００３１】
また、前記センタリングによって、ノズルブロック８および押圧ピン部１０が、静止時はもちろん上下移動時にも、前後左右に傾くことがなく、さらに、ノズルブロック８の上下移動が、押圧ピン部１０の上端とプランジャ部２５の下端との一点接触のみによって行われるため、前記上下移動を精度良く制御することができ、ひいてはガスの流量制御を精度良く行うことができる。
【００３２】
さらに、前記センタリングによって、前記押圧ピン部１０およびノズルブロック８の外径を、それぞれオリフィス１９およびガイドブロック６の上部１３の内壁に対して、十分に小さく形成しても、安定性を失わないことから、前記押圧ピン部１０およびノズルブロック８の寸法誤差の許容範囲が大きくすることができ、コストを下げることが可能となる。
【００３３】
上記の構成からなる流量制御弁Ｄを、たとえば、流体が流れる流路に対して流路センサ部と、この流路センサ部の下流側または上流側に設けられる制御バルブと、前記流量センサ部からの流量測定信号と流量設定信号とを比較し、この比較結果に基づいて前記制御バルブの開度を制御するバルブ制御部とを備えたマスフローコントローラにおける前記制御バルブとして用いてもよい。
【００３４】
図２は、本発明の一実施例に係る流量制御弁Ｄ₂ の構成を概略的に示す縦断面図である。なお、上記参考例で示したものと同一構造の部材には、同じ符号を付し、その説明を省略する。
流量制御弁Ｄ₂ は、上記参考例と構成および効果がほとんど同じであるが、相違点は、押圧ピン部１０が、ノズルブロック８と一体的に形成されているのではなく、プランジャ部２５と一体的に形成されており、また、ノズルブロック８の外面下部に形成されていたテーパ面Ｔが小さくなるとともに、ノズルブロック８の外径が、ガイドブロック６の上部１３の内壁に接触しない程度に大きくなっており、さらに、環状突起部１４がなくなるとともに、弾性部材７が、中央に平面視円形状の差し込み口１６を有する板ばねではなく、中央に平面視が円形状の嵌め込み口１６’を有する皿バネになっていて、前記嵌め込み口１６’に前記ノズルブロック８の底部に設けられた小径部１８が嵌め込まれる点である。
【００３５】
また、上記の構成において、ノズルブロック８の押し下げは、プランジャ部２５と一体的に形成された押圧ピン部１０の下端が、ノズルブロック８の上端と当接し、さらに、下方へ付勢することで行われる。
【００３６】
【発明の効果】
上記の構成からなる本発明の流量制御弁によれば、ノーマリィクローズ型の流量制御弁において、パーティクルの発生を防止するとともに、精度の良いガスの流量制御を行うことが可能な流量制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例に係る流量制御弁の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図２】 本発明の一実施例に係る流量制御弁の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図３】 従来のノーマリィクローズ型の流量制御弁の構成を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…開口部、３…押圧部材、４…ガス導入路、５…ガス導出路、６…ガイドブロック、７…弾性部材、８…ノズルブロック、９…オリフィスブロック、１０…押圧ピン、１１…貫通孔、１２…下部、１３…上部、１７…流路、１９…オリフィス、２５…プランジャ部、２６…ダイヤフラム、Ｂ…ブロック本体、Ｄ…流量制御弁。

Claims (1)

1. ブロック本体に設けられ、ガス導入路およびガス導出路が底部に接続された開口部に、下から順に、前記ガス導入路と連通する貫通孔を中央に有する下部およびこの下部の上面に連設される筒状に形成された上部からなるガイドブロックと、前記上部の内側底部に配置される弾性部材と、この弾性部材の上側に配置され、弾性部材によって上方に付勢されるとともに、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置しないガス流路を有するノズルブロックと、前記ガイドブロックの上側に位置し、上下に貫通し、かつ前記貫通孔の真上に位置するオリフィスを中央に有するオリフィスブロックが設けられており、さらに、このオリフィスブロックの上側に位置し、中央にプランジャ部を有するダイヤフラム構造の押圧部材とが設けられており、また、前記オリフィスを貫通する押圧ピンが設けられている流量制御弁であって、前記ノズルブロックの側壁を前記上部の内壁に接触させないようにするために、前記弾性部材の中央に設けた差し込み口にノズルブロックの下面中央に形成した小径部を上方から挿入した状態で弾性部材にノズルブロックを保持させることにより、ノズルブロックの中心と前記貫通孔の中心とが同一直線上に位置するように位置決めし、かつ、押圧部材に前記押圧ピンを一体成形して、ノズルブロックの上端に押圧ピンの下端を接触させるようにし、前記ノズルブロックの側壁と前記ガイドブロックの上部の内壁とが接触して摩擦が生じることなく、押圧ピンの側壁とオリフィスの内壁とが接触して摩擦が生じることがないようにしたことを特徴とする流量制御弁。

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