JP5250875B2

JP5250875B2 - フローコントローラ

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Publication number: JP5250875B2
Application number: JP2009241343A
Authority: JP
Inventors: 剛酒瀬川; 裕太大島
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: DE112010004226B4; KR20120085263A; KR101416285B1; US20120204974A1; BR112012009504B1; CN102576230B; DE112010004226T5; RU2515208C2; TW201133171A; BR112012009504A2; RU2012119820A; US8800593B2; JP2011090381A; CN102576230A; WO2011048896A1; TWI432931B

Description

本発明は、通路を流通する流体の流量を検出し、流量制御することが可能なフローコントローラに関する。

従来から、例えば、流体の流量を測定するための流量検出部と、前記流量検出部と並列に設けられた比例弁部とから構成され、前記流量検出部は、内部に主流路が延在し、前記主流路の内壁には導管流入口と導管流出口とが開口してそれぞれに導管が接続されているフローコントローラが知られている。導管には、一組の感熱コイルが巻回されアンプに接続されている。そして、感熱コイルに温度差が生じることによる抵抗差を利用し、前記導管を流通する流体の流量を推測している。

また、比例弁部は、中空状の比例弁本体の中心にダイヤフラムが設けられ、その周囲が前記比例弁本体に固定されると共に、前記ダイヤフラムの中央には、該ダイヤフラムと弁体を連結する弁棒が連結されている。そして、ダイヤフラムの上部には復帰バネが設けられ、前記ダイヤフラムは前記復帰バネによって常に下方へと付勢されると共に、前記ダイヤフラムの下方となる室には、供給用電磁弁の切換作用下に空気圧が供給され、又は、前記室内の空気圧が、排気用電磁弁の切換作用下に外部へと排出される。

これにより、ダイヤフラムが復帰バネの弾発力に抗して上方へと変位し、弁体が弁座から離間して流体が流通する。この際、流体の流量が流量検出部によって検出され、該流量検出部で検出された検出結果に基づいて供給用電磁弁及び排気用電磁弁が駆動制御されることにより、前記流量がフィードバック制御される（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７８４１５４号明細書

一般的に、上述したようなフローコントローラでは、その構造が複雑であり、装置が大型化してしまうため、近年、その構造の簡素化及び小型化の要請がある。

一方、特許文献１に係る従来技術においては、上述した流量検出部には、金属製の細い導管に対して感熱コイルの巻回されたキャピラリー加熱方式が採用されているが、前記導管は、前記感熱コイルからの熱が伝達される際にタイムラグが生じるため、応答時間が遅れてしまうという問題がある。さらに、流量検出部を組み付ける際、導管に感熱コイルを巻回したり、前記導管をボディに対して溶接したりする作業が発生するため、組付作業が煩雑となり、それに伴って、製造コストが増加してしまうことが懸念される。

また、比例弁部は、ダイヤフラムによって弁体の開閉を行う構造としており、前記弁体を弁座に着座させた弁閉状態とするために、復帰バネに大きな弾発力が要求される。その結果、復帰バネを大きくする必要性があり、製品サイズが大型化してしまうという問題がある。また、復帰バネの弾発力を大きく設定した場合には、最低駆動圧力が大きくなる場合があり、低圧で駆動できないことが懸念される。

さらに、例えば、比例弁部において、空気圧で駆動するダイヤフラムの代わりに、制御信号で駆動する電磁弁を設け、該電磁弁の駆動作用下に弁体を開閉動作させる構成とした場合には、消費電力が増加してしまうと共に、前記電磁弁のソレノイド部で発生した熱が流量検出部へと伝達してしまい、正確な検出結果が得られない場合が想定される。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、小型化及び構成の簡素化を図ることができ、しかも、流体の流量を制御する際の消費電力を低減して低圧で駆動できると共に、前記流量を迅速に制御することが可能なフローコントローラを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、流体が流通する上流側に設けられる第１通路と、前記第１通路に対して下流側に設けられる第２通路と、該第１通路と第２通路との間に設けられた絞りとを有するボディと、
前記ボディに設けられ、前記第１通路から第２通路へと流通する前記流体の流量を検出可能な検出部を有する流量検出部と、
前記流量検出部と並設して前記ボディに設けられ、流体の流量を制御する流量制御部と、
を備えるフローコントローラであって、
前記検出部は、ＭＥＭＳセンサであり、
前記流量制御部は、
パイロットエアの供給作用下に変位するダイヤフラム部と、
該ダイヤフラム部にステムを介して連結された弁体と、
前記弁体を挟んで前記ダイヤフラム部と対向する位置に配置され、前記弁体を前記ボディに形成された弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングと、
を有し、
前記弁体は、
前記弁座部に着座し、前記ステムと前記スプリングとが取付けられる着座部と、
前記スプリングが挿入される筒部と、
前記着座部に設けられる連通孔と、
を有し、
弁閉状態のときに、前記弁体の下流側の大気が、前記連通孔を通じて前記筒部内部に導入されることにより、前記弁体の下流側の大気が前記弁体の前記ダイヤフラム部側の受圧面を付勢する押圧力と、前記筒部内部の大気が前記弁体の前記スプリング側の受圧面を付勢する押圧力とが均衡するバランス構造を備え、
前記パイロットエアは前記流体の一部である
ことを特徴とする。

本発明によれば、流体の流通する第１及び第２通路、絞り部を備えたボディには、前記流体の流量を検出可能な検出部を有する流量検出部が設けられ、前記検出部がＭＥＭＳセンサから構成されると共に、前記流量検出部と並設された流量制御部が、パイロットエアの供給作用下に変位するダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部にステムを介して連結された弁体と、前記弁体を前記ボディに形成された弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングとから構成される。

従って、検出部にＭＥＭＳセンサを用いることにより、流体の流量を検出する際の検出時間の短縮及び小型化を図ることができ、しかも、低電流で駆動することができるため省電力化を図ることができる。また、流量制御部において、前記弁体の下流側の大気が前記弁体のダイヤフラム部側の受圧面を付勢する押圧力と、筒部内部の大気が前記弁体のスプリング側の受圧面を付勢する押圧力とが均衡する構造としているため、前記弁体を変位させる際、ダイヤフラム部及び前記弁体を低圧のパイロットエアで容易に駆動させることができると共に、弾発力の小さなスプリングを設定することが可能となるため、前記弁体を迅速に作動させ、しかも、流量制御部の小型化を図ることができ、フローコントローラの小型化が可能となる。

また、流量制御部には、パイロットエアの供給状態を切り換える切換弁を備え、前記切換弁は、制御部から出力される制御信号によって駆動し、前記制御信号を、ＰＷＭ信号又はＰＦＭ信号とすることにより、切換弁が、制御部から出力される制御信号によって駆動し、前記制御信号を、ＰＷＭ信号又はＰＦＭ信号とすることにより、前記切換弁を連続的に動作させることなく間欠動作させることができるため、該切換弁を連続動作させた場合と比較し、その発熱量を抑制することが可能となる。その結果、切換弁で発生した熱が流量検出部へ伝達された際に懸念される検出精度の低下を回避することができ、しかも、前記切換弁における消費電力の低減を図ることもできる。

さらに、切換弁は、パイロットエアを供給して前記ダイヤフラム部を駆動させる供給用弁と、前記パイロットエアを排出して前記ダイヤフラム部を復帰させる排出用弁とからなり、前記供給用弁及び排出用弁を、前記制御信号によって駆動する２方弁とするとよい。

さらにまた、スプリングの弾発力を、弁体に対して前記流体の流通方向と同一方向に付勢することにより、前記弁体を弁座部に着座させて弁閉状態をする際、前記スプリングの弾発力に加えて流体の圧力が付与されることとなるため、前記スプリングの弾発力を小さく設定することが可能となり、それに伴って、前記スプリングの小型化が図れるためフローコントローラを小型化することができる。

またさらに、パイロットエアを、流量検出部の上流側からダイヤフラム部に対して供給することにより、前記流量制御部を駆動させるための前記パイロットエアが、前記流量検出部において流量として検出されることがないため、前記流量制御部の下流側に流通する流体の流量と、流量検出部で検出された流量とを高精度に一致させることができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、流体の流通する第１及び第２通路、絞り部を備えたボディに、前記流体の流量を検出可能な検出部を有する流量検出部を設け、前記検出部にＭＥＭＳセンサを用いることにより、流体の流量を検出する際の検出時間の短縮及び小型化を図ることができると共に、低電流で駆動することができるため省電力化を図ることができる。また、前記弁体の下流側の大気が前記弁体のダイヤフラム部側の受圧面を付勢する押圧力と、筒部内部の大気が前記弁体のスプリング側の受圧面を付勢する押圧力とを均衡させたバランス構造としているため、前記弁体を低圧のパイロットエアで容易に駆動させることができると共に、弾発力の小さなスプリングを設定することが可能となるため、前記弁体を迅速に作動させ、しかも、流量制御部の小型化を図ることができ、それに伴って、フローコントローラを小型化することができる。

本発明の実施の形態に係るフローコントローラの全体構成図である。図１の流量制御ユニットの拡大断面図である。図１のフローコントローラを含む流量制御システムの概略構成図である。

本発明に係るフローコントローラについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るフローコントローラを示す。

このフローコントローラ１０は、図１〜図３に示されるように、流体の流量を検出する検出部１２を備えた流量検出ユニット（流量検出部）１４と、該流量検出ユニット１４の側部にアダプタ１６を介して連結され前記流体の流量を調整可能な流量制御ユニット（流量制御部）１８とを含む。なお、図示しない流体供給源から供給される流体（例えば、空気）は、流量検出ユニット１４側から供給された後、流量制御ユニット１８へと流通する。なお、流量検出ユニット１４と流量制御ユニット１８とは、上述したアダプタ１６を介さずに直接連結するようにしてもよい。

この流量検出ユニット１４は、流体の流通する第１通路２０を有した第１ボディ２２と、前記第１通路２０に臨んで設けられ前記流体の流量を検出する検出部１２と、前記検出部１２の上部に設けられ、該検出部１２で検出された検出結果の出力される制御部２４と、前記制御部２４で演算された結果を表示可能な表示部２６とからなる。

第１ボディ２２は、水平方向に沿って貫通した第１通路２０を内部に有し、該第１ボディ２２の一端部には、継手部材２８ａを介して流体の供給される配管（図示せず）が接続され、他端部には、アダプタ１６を挟んで流量制御ユニット１８を構成する第２ボディ３０が連結されている。そして、図示しない配管から供給された流体が、第１ボディ２２の第１通路２０を流通した後、アダプタ１６の内部を通過して流量制御ユニット１８へと供給される。

この第１通路２０には、長手方向に沿って中央部近傍に半径内方向に縮径した絞り部３２を有し、前記絞り部３２に臨むように第１通路２０の上部には検出部１２が設けられている。また、第１通路２０内において、絞り部３２の上流側、すなわち、前記絞り部３２に対して第１通路２０の一端部側となる位置には、流体の流れを整える複数の整流子３４が設けられる（図１参照）。この整流子３４は、流体の流通可能な孔部を有したプレートからなり、前記整流子３４を前記流体の流通方向に沿って並列に設けることにより、前記孔部を通過した流体が整流されると共に、前記流体中に含まれる塵埃等が除去される。

検出部１２は、第１通路２０における絞り部３２の上流側と下流側とを連通し、該第１通路２０をバイパスする検出用通路３６と、前記検出用通路３６に臨むように設けられる検出センサ３８とを備え、前記検出センサ３８が、第１ボディ２２の外周面に設けられた凹部４０に装着される。

検出センサ３８は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いた熱式のフローセンサからなり、発熱体を中心として配置された一組の測温素子を備え、前記測温素子における抵抗値変化に基づいて前記検出用通路３６を流通する流体の流量を検出する。そして、検出センサ３８に接続されたセンサ基板４２を介して流体の流量が検出信号として制御部２４へと出力される。

制御部２４は、検出部１２に臨む第１ボディ２２の上部に装着され、検出センサ３８に対して電気的に接続される制御基板４４が第１ケーシング４６の内部に収容される。なお、第１ケーシング４６の側部には、外部からコネクタの接続可能なコネクタ接続部４８が設けられている。

表示部２６は、制御部２４を構成する第１ケーシング４６の上部に装着され、制御基板４４に対してリード線５０を介して電気的に接続される表示基板５２と、検出部１２で検出された流体の流量等を表示可能なディスプレイ５４とを備える。表示基板５２及びディスプレイ５４は、第２ケーシング５６の内部に収容され、該ディスプレイ５４は、外部より視認可能に設けられる。なお、表示基板５２は、リード線５０を介してコネクタ接続部４８にも電気的に接続されている。

流量制御ユニット１８は、流量検出ユニット１４に連結される第２ボディ３０と、前記第２ボディ３０の内部に設けられ、該第２ボディ３０の内部を流通する流体の流量を調整可能な制御弁５８と、前記第２ボディ３０の上部に設けられ、前記制御弁５８の開閉状態を切り換える切換部６０とを含む。

第２ボディ３０は、第１ボディ２２と略一直線上に接続され、その内部には、流体の流通する第２通路６２が形成される。この第２通路６２の途中には、後述する制御弁５８を構成する弁体６４の着座可能な弁座部６６が形成される。弁座部６６は、下方に臨むように環状に形成される。また、第２ボディ３０の他端部には、継手部材２８ｂを介して図示しない配管等が接続される。

制御弁５８は、第２ボディ３０の上部に形成された凹部６８と、該凹部６８を覆うカバー部材７０との間に画成された空間に設けられるダイヤフラム部７２と、前記ダイヤフラム部７２に連結され、第２通路６２と直交する方向に変位自在に設けられるステム７４と、前記ステム７４の下端部に連結される弁体６４と、前記弁体６４と第２ボディ３０の下部に連結されたプラグ７６との間に介装されるスプリング７８とを備える。

ダイヤフラム部７２は、第２ボディ３０とカバー部材７０との間に挟持され、可撓性を有する薄膜状のダイヤフラム８０と、前記ダイヤフラム８０の中心部において上面側と下面側を挟持する保持部材８２ａ、８２ｂとから構成される。そして、ダイヤフラム部７２とカバー部材７０との間に画成される空間が、切換部（切換弁）６０を構成する供給用電磁弁（供給用弁）９２の切換作用下にパイロットエアの供給される供給室８４となる。この供給室８４は、第２通路６２において制御弁５８の設けられる部位より上流側に接続された供給通路８６と連通し、前記供給通路８６を通じて流体が第２通路６２から供給室８４へと供給される。

ステム７４は、保持部材８２ａ、８２ｂの中心から下方に向かって延在するように連結され、第２ボディ３０に形成されたガイド孔８８に沿って変位自在に案内される。このガイド孔８８は、弁座部６６の中心を貫通するように形成されている。

弁体６４は、上部に形成された着座部９０と、該着座部９０に対して直交するように下方に向かって延在した筒部９１とを有する断面略Ｕ字状に形成され、前記着座部９０の中心にステム７４がボルト９７によって連結されると共に、筒部９１の内部にはスプリング７８が挿入される。また、着座部９０には、筒部９１に対して半径内側に弁体６４の軸線方向に沿って貫通した複数の連通孔９３が形成され、前記着座部９０の上面側と下面側とが前記連通孔９３を通じて常に連通している。

そして、弁体６４は、スプリング７８の弾発力によって常に上方への押圧力が付勢され、該押圧力によって前記弁体６４はその上方に形成された弁座部６６に対して着座する。これにより、制御弁５８を中心とした第２通路６２の上流側と下流側との連通が遮断される。この際、連通孔９３を通じて弁体６４に対して下流側となる第２通路６２の空気が、スプリング７８の設けられた空間９５内へと導入されるため、前記弁体６４は、着座部９０の上面側と下面側に対して略同一の圧力が付与されて上下方向に均衡したバランス状態となる。

そのため、例えば、弁体６４を弁座部６６から離間させて弁開状態とする際、該弁体６４に対してスプリング７８の弾発力に打ち勝つ押圧力のみを付与すればよいため、前記弁体６４を迅速且つ低圧で作動させることができる。

切換部６０は、第２通路６２を流通する流体を供給室８４へと供給するため供給用電磁弁９２と、前記供給室８４に供給された前記流体を外部へと排出するため排出用電磁弁（排出用弁）９４とを備え、流量検出ユニット１４の制御部２４から出力される制御信号に基づいて供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４が励磁し、前記供給室８４に対する流体の供給・排出状態を切り換える。

すなわち、供給用電磁弁９２が駆動することによって第２通路６２から供給通路８６へと流通した流体が供給室８４へと供給され、ダイヤフラム部７２が前記流体によって押圧され下方へと変位する。これにより、ステム７４を介して弁体６４がスプリング７８の弾発力に抗して下方へと変位し、弁座部６６から離間して第２通路６２が連通する。反対に、排出用電磁弁９４が駆動することによって供給室８４の流体が外部へと排出され、ダイヤフラム部７２に対する下方への押圧力が滅勢する。これにより、弁体６４がスプリング７８の弾発力によって上方（矢印Ａ方向）へと押し上げられ、弁座部６６に着座することによって第２通路６２の連通状態が遮断される。

また、上述した供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４へと出力される制御信号は、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号やＰＦＭ（パルス周波数変調）信号であり、前記供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４が、前記制御信号に基づいて間欠動作する。すなわち、供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４は、ＰＷＭ制御又はＰＦＭ制御されることにより、連続動作することがないため発熱量を抑制することができる。

さらに、供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４は、それぞれ制御信号によって電気的に切り換えられる２方弁であり、前記制御信号が入力されることによって供給室８４と供給通路８６又は外部とが連通状態となる。

なお、供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４は、２つの２方弁から構成される場合に限定されるものではなく、例えば、２方弁を２つ設ける代わりに、単一の３方弁で構成するようにしてもよいし、５方弁としてもよい。

本発明の実施の形態に係るフローコントローラ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、以下の説明では、図１及び図２に示されるように、制御部２４から供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４に対して制御信号が何ら出力されておらず、弁体６４がスプリング７８の弾発力によって弁座部６６に着座し、第２通路６２の連通状態が遮断された弁閉状態を初期状態として説明する。

先ず、流量検出ユニット１４の第１通路２０に対して図示しない配管を通じて流体（例えば、空気）が供給され、前記流体は、前記第１通路２０内において複数の整流子３４の孔部を通過して下流側へと流通する。この際、流体中に含有された塵埃等が、該第１通路２０内における複数の整流子３４によって捕捉されて除去されると共に、前記流体の流れが整流されて下流側へと流通する。

同時に、制御部２４から供給用電磁弁９２に対して制御信号が出力され、該供給用電磁弁９２が励磁することによって供給通路８６が第２通路６２と連通状態となる。これにより、第２通路６２に導入された流体の一部が、供給室８４に供給され、このパイロットエアによってダイヤフラム部７２と共にステム７４が下方へと押圧される。そして、弁体６４が、スプリング７８の弾発力に抗して下方へと変位し、弁座部６６から離間することによって第２通路６２が連通状態となり、流量検出ユニット１４の第１通路２０から流量制御ユニット１８の第２通路６２へと流体が流通する。

この際、弁体６４は、弁閉状態において、該弁体６４の下流側の空気が着座部９０の上面側と下面側とをそれぞれ押圧して均衡したバランス状態にあるため、供給室８４に供給されるパイロットエアが低圧でも、ダイヤフラム部７２を下方へと即座に変位させて弁開状態とすることができる。

そして、流体は、流量検出ユニット１４において、縮径した絞り部３２を通じて流量制御ユニット１８の第２通路６２へと流通すると共に、その一部が前記絞り部３２の上流側から検出用通路３６へと流通して該絞り部３２の下流側から再び第１通路２０へと合流する。この検出用通路３６内に導入された流体は、一組の測温素子で生じた抵抗差に基づいて検出センサ３８で前記流体の流量が検出され、その検出結果が検出信号としてセンサ基板４２を介して制御基板４４へと出力される。そして、流体の流量が、例えば、表示部２６のディスプレイ５４に出力されて表示される。

また、検出部１２で検出された流体の流量が、制御部２４において予め設定された設定流量と比較され、該設定流量と同等か否かが判断される。例えば、流体の流量が、設定流量に対して少ない場合には、前記流量を増加させる必要があるため、供給用電磁弁９２に対して制御部２４から制御信号が出力され、供給室８４に供給される流体の供給量を増加させる。これにより、ダイヤフラム部７２がさらに下方へと変位し、第２通路６２を流通する流体の流量が増加し、流体の流量が設定流量となるように制御される。

一方、流体の流量が、設定流量に対して多い場合には、制御弁５８の開閉量を小さくして流量を減少させるように制御を行う。この場合、制御部２４から供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４に対してそれぞれ別個に制御信号が出力される。そして、供給用電磁弁９２がオフ状態となり、該供給用電磁弁９２の切換によって供給室８４への流体の供給が停止されると共に、排出用電磁弁９４の切換によって前記供給室８４内の流体が外部へと排出される。これにより、ダイヤフラム部７２を下方へと押圧していた押圧力が滅勢され、弁体６４、ステム７４及びダイヤフラム部７２が、スプリング７８の弾発力によって上方へと変位し、前記弁体６４と弁座部６６との間を流通する流体の流量が絞られる。

その結果、第２通路６２を流通する流体の流量が減少し、流体の流量が設定流量となるように制御される。

なお、上述した実施の形態では、流体を供給室８４へと導入するための供給通路８６を、流量検出ユニット１４の下流側に設ける構成としているが、これに限定されるものではなく、例えば、前記流量検出ユニット１４の上流側に設け、第１通路２０を流通する流体を前記供給室８４へと供給するようにしてもよい。この場合には、流量制御ユニット１８を駆動させるためのパイロットエアとなる流体が、流量検出ユニット１４において流量として検出されることがないため、前記流量制御ユニット１８の下流側に流通する流体の流量と、流量検出ユニット１４で検出された流量とを高精度に一致させることができる。

また、流量制御ユニット１８は、流量検出ユニット１４の下流側に設けられる場合に限定されるものではなく、該流量検出ユニット１４の上流側に設けるようにしてもよい。

さらに、切換部６０を構成する供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４を、流量制御ユニット１８の第２ボディ３０に対して直接設ける代わりに、前記流量制御ユニット１８から離間した位置に配置し、前記流量制御ユニット１８を遠隔操作して流体の流量を制御するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、流量検出ユニット１４を構成する検出部１２には、ＭＥＭＳ技術を用いたフローセンサが用いられているため、流体の流量を検出する際、その検出時間を短縮することができると共に、低電流で駆動することができるため省電力化を図ることが可能となる。

また、流体の流量を制御可能な流量制御ユニット１８において、制御弁５８は、流体の供給作用下に変位し、弁体６４に対してダイヤフラム部７２側から付与される押圧力と、該弁体６４に対してスプリング７８側から付与される押圧力とが均衡したバランス構造としているため、前記ダイヤフラム部７２を押圧する際に、低圧のパイロットエアで変位させることが可能であり、前記弁体６４を迅速に作動させることができるため、低圧から駆動可能なフローコントローラ１０を構成することができる。さらに、小さなスプリング７８を設定することが可能となるため、該スプリング７８を含む流量制御ユニット１８の小型化を図ることができ、それに伴って、フローコントローラ１０の小型化も促進することが可能となる。

さらに、上述したようなフローコントローラにおいて、例えば、１０００リットル／分以上となる大流量の制御を行おうとした場合には、前記大流量の流通に対応させて第２通路６２の有効断面積を増加させ、それに伴って、受圧面積の大きな弁体を設定すると共に、前記弁体を前記流体から付与される押圧力に打ち勝って弁座部に着座させるために弾発力の大きなスプリングを採用する必要が生じる。この場合には、スプリングの大型化を招くと共に、該スプリングの弾発力が大きくなることにより、該弾発力に抗して弁体を変位させる際の駆動力を大きくする必要があり低圧での駆動が困難となる。

これに対して、本願発明の構成では、上述したようなバランス構造を備えた制御弁５８を採用し、常に前記弁体６４の上面側と下面側にそれぞれ付与される押圧力が均衡しているため、第２通路６２の有効断面積及び弁体６４の受圧面積を増加させ、大流量の制御を行おうとした場合でも、スプリング７８を大型化させる必要がなく、しかも、低圧で迅速に作動させることができる。

すなわち、バランス構造を有していない流量制御ユニットを含んだフローコントローラと比較し、例えば、１０００リットル／分以上となる大流量の制御を行うことが可能となる。

さらにまた、切換部６０を構成する供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４に出力される制御信号は、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号やＰＦＭ（パルス周波数変調）信号とし、前記供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４を、前記制御信号に基づいて間欠動作させているため、該供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４を連続動作させた場合と比較し、その発熱量を抑制することが可能となり、該切換部６０で発生した熱が流量検出ユニット１４へと伝達することによる検出精度の低下を回避することができる。また、それに加えて、切換部６０における消費電力の低減を図ることも可能となる。

またさらに、流量制御ユニット１８において、供給用電磁弁９２及び排出用電磁弁９４は、流体の流量が安定している際に駆動させる必要がないため、その耐久性を向上させることができると共に、消費電力の低減を図ることが可能となる。

なお、本発明に係るフローコントローラは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…フローコントローラ１２…検出部
１４…流量検出ユニット１８…流量制御ユニット
２４…制御部２６…表示部
３２…絞り部３６…検出用通路
３８…検出センサ５８…制御弁
６０…切換部６４…弁体
６６…弁座部７２…ダイヤフラム部
７４…ステム７８…スプリング
８０…ダイヤフラム８４…供給室
８６…供給通路９２…供給用電磁弁
９４…排出用電磁弁

Claims

流体が流通する上流側に設けられる第１通路と、前記第１通路に対して下流側に設けられる第２通路と、該第１通路と第２通路との間に設けられた絞りとを有するボディと、
前記ボディに設けられ、前記第１通路から第２通路へと流通する前記流体の流量を検出可能な検出部を有する流量検出部と、
前記流量検出部と並設して前記ボディに設けられ、流体の流量を制御する流量制御部と、
を備えるフローコントローラであって、
前記検出部は、ＭＥＭＳセンサであり、
前記流量制御部は、
パイロットエアの供給作用下に変位するダイヤフラム部と、
該ダイヤフラム部にステムを介して連結された弁体と、
前記弁体を挟んで前記ダイヤフラム部と対向する位置に配置され、前記弁体を前記ボディに形成された弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングと、
を有し、
前記弁体は、
前記弁座部に着座し、前記ステムと前記スプリングとが取付けられる着座部と、
前記スプリングが挿入される筒部と、
前記着座部に設けられる連通孔と、
を有し、
弁閉状態のときに、前記弁体の下流側の大気が、前記連通孔を通じて前記筒部内部に導入されることにより、前記弁体の下流側の大気が前記弁体の前記ダイヤフラム部側の受圧面を付勢する押圧力と、前記筒部内部の大気が前記弁体の前記スプリング側の受圧面を付勢する押圧力とが均衡するバランス構造を備え、
前記パイロットエアは前記流体の一部である
ことを特徴とするフローコントローラ。
請求項１記載のフローコントローラにおいて、
前記流量制御部には、前記パイロットエアの供給状態を切り換える切換弁を備え、前記切換弁は、制御部から出力される制御信号によって駆動し、前記制御信号は、ＰＷＭ信号又はＰＦＭ信号であることを特徴とするフローコントローラ。
請求項２記載のフローコントローラにおいて、
前記切換弁は、前記パイロットエアを供給して前記ダイヤフラム部を駆動させる供給用弁と、前記パイロットエアを排出して前記ダイヤフラム部を復帰させる排出用弁とからなり、前記供給用弁及び排出用弁は、前記制御信号によって駆動する２方弁であることを特徴とするフローコントローラ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフローコントローラにおいて、
前記スプリングの弾発力が、前記弁体に対して前記流体の流通方向と同一方向に付勢されることを特徴とするフローコントローラ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフローコントローラにおいて、
前記パイロットエアは、前記流量検出部の上流側から前記ダイヤフラム部に対して供給されることを特徴とするフローコントローラ。