JP6719960B2 - 流量調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量調整装置に関する。

従来、弁座に開口する流体流路出口へのニードル弁体の侵入量を変化させて液体流量の調整を行う流量調整装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示される流量調整装置は、流体流路出口が形成される筐体の内部に往復運動部を設置し、往復運動部によりモータの回転運動を上下運動に変換してニードル弁体の流体流路出口への侵入量を変化させるものである。

特開２０１１−２４７３７８号公報

特許文献１に開示される流量調整装置を組み立てる際には、筐体の内部に往復運動部を設置する必要がある。この場合、弁座に開口する流体流路出口の中心軸とニードル弁体の中心軸とを精度良く一致させれば、ニードル弁体が上下運動する際にニードル弁体と流体流路出口とが接触することはない。

しかしながら、筐体の内部に往復運動部を設置する際の位置決め精度や各部品の寸法精度が十分でない場合には、流体流路出口の中心軸とニードル弁体の中心軸とが一致しない状態となる。この場合、ニードル弁体が上下運動する際にニードル弁体と流体流路出口とが接触し、ニードル弁体および流体流路出口を形成する材料の一部がパーティクルとして排出される可能性がある。パーティクルは不純物として流体に混入してしまうため、流体の純度を高く保つことができなくなる。特に、流体として、半導体製造装置用の薬液や純水等の高純度の液体を取り扱う場合には、パーティクルの問題が顕著となる。

なお、流体流路出口へ侵入させるニードル弁体に替えて、平面形状の底面を有する弁体を採用することによりパーティクルの問題を抑制することができる。
しかしながら、平面形状の底面を有する弁体を採用する場合には、弁体の移動量に対する流体の流量の変化量が大きくなりすぎ、流体の流量調整を精度良く行うことができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、弁体部を構成する部材および弁座部を構成する部材の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合のパーティクルの発生を抑制するとともに流体の流量調整を精度良く行うことを可能とした流量調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる流量調整装置は、内部流路を流通する流体の流量を調整し、弁室の内部を軸線に沿って移動するとともに弁体面を有する弁体部と、前記弁室と前記内部流路とを連通させる流路開口の周囲に設けられるとともに前記弁体面と対向する位置に配置される弁座面を有する弁座部と、前記弁体部に連結されるとともに該弁体部を前記軸線に沿って移動させて前記弁体面と前記弁座面との間の距離を調整する移動機構と、目標流量の設定値に応じて前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記弁体面および前記弁座面が、前記軸線と鋭角をなすとともに互いに平行となり、かつ前記目標流量が最小流量に設定される場合に接触せずに近接した状態となるように配置されており、前記流路開口が、前記弁体面と対向する位置に、かつ前記弁座面の内部に設けられている。

本発明の一態様に係る流量調整装置によれば、移動機構により弁体部の弁体面と弁座部の弁座面との間の軸線に沿った距離を調整することにより流体の流量の調整が行われる。弁座面に対向して配置される弁体面が面形状となっているため、弁体部を構成する部材および弁座部を構成する部材の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合であっても、弁体面は流路開口には挿入されずにその周囲に設けられる弁座面に近接する。よって、弁体部を構成する部材および弁座部を構成する部材の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合のパーティクルの発生を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る流量調整装置によれば、弁体面および弁座面が、軸線と鋭角をなすとともに互いに平行となるように配置されている。そのため、移動機構による弁体部の軸線に沿った移動距離の変動に対して、弁体面と弁座面との間の距離の変動が相対的に小さくなる。これにより、移動機構が調整可能な最小移動量よりも弁体面と弁座面との間の距離の最小移動量が小さくなり、流体の流量調整を精度良く行うことができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置においては、前記弁体面および前記弁座面が、平面形状に形成される面である構成としてもよい。
このようにすることで、弁体部を構成する部材および弁座部を構成する部材の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合であっても、平面形状の弁体面および弁座面が平行に配置される状態が維持され、パーティクルの発生をより確実に抑制することができる。

上記構成の流量調整装置においては、前記軸線に直交する平面と前記弁座面との交線の長さが、該平面と前記弁体面との交線の長さよりも長いのが好ましい。
このようにすることで、弁体部を構成する部材および弁座部を構成する部材の組み付け誤差が生じる場合に、その誤差により弁体面の位置が変動して弁体面が弁座面以外の他の部分と接触する不具合を抑制することができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置においては、前記弁体面および前記弁座面が、前記軸線を中心軸とした円錐面と一致した形状に形成されていてもよい。
このようにすることで、弁座部の軸線回りの回転位置と弁体部の軸線回りの回転位置とに誤差が生じる場合であっても、円錐面同士が対向する状態が維持され、弁体面と弁座面との間の距離を一定とした状態を維持することができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置においては、前記弁体部および前記移動機構が、前記軸線に沿って延びる軸状部材を介して連結されており、前記弁体部が、フッ素樹脂材料により形成されており、前記軸状部材が、前記フッ素樹脂材料より硬度の高い材料により形成されているものであってよい。
このようにすることで、弁体部を耐薬品性の高いフッ素樹脂材料により形成しつつ、弁体部をフッ素樹脂材料より硬度の高い材料により形成された軸状部材により移動機構へ強固に連結することができる。

本発明の一態様にかかる流量調整装置においては、前記弁体部が、前記弁体面を有する基部と、該基部の外周面に連結されるとともに前記軸線を中心とした円環状に形成される薄膜部と、該薄膜部が連結される内周面を有するとともに円環状に形成される円環部と、を有し、前記弁座部が、前記内部流路が形成された本体部に設けられており、前記円環部が、前記本体部に挿入される回り止め部材により前記軸線回りに回転しないように規制されているものであってよい。
このようにすることで、円環部の軸線回りの回転位置が、弁座部の軸線回りの回転位置と所望の位置関係となるように精度良く規制される。そのため、薄膜部を介して円環部と連結される基部の弁体面の軸線回りの回転位置が所望の位置となるように精度良く規制され、弁体面および弁座面が互いに平行となる配置状態を精度良く実現することができる。

本発明によれば、弁体部を構成する部材および弁座部を構成する部材の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合のパーティクルの発生を抑制するとともに流体の流量調整を精度良く行うことを可能とした流量調整装置を提供することができる。

第１実施形態の流量調整装置を示す部分縦断面図である。 図１に示す流量調整装置のI部分の部分拡大図である。 図２に示す流量調整装置のII部分の部分拡大図である。 図２に示す流量調整装置のII部分の部分拡大図である。 図４に示す流量調整装置のIII部分の部分拡大図である。 第１実施形態の流量調整装置の本体部の弁室を軸線に沿った上方からみた平面図である。 第２実施形態の流量調整装置を示す部分拡大図である。 第３実施形態の流量調整装置を示す部分拡大図である。 第３実施形態の流量調整装置の本体部の弁室を軸線に沿って上方からみた平面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の流量調整装置１００について図面を参照して説明する。
本実施形態の流量調整装置１００は、流入ポート１００ａから流入し、内部流路を流通して流出ポート１００ｂから流出する流体の流量を調整する装置である。
本実施形態の流量調整装置１００が流量を調整する流体は、例えば、半導体製造装置に用いる薬液，純水等の液体である。また、流体の温度は、例えば、常温域（例えば、１０℃以上かつ５０℃未満）の温度であるものとする。

図１に示すように、本実施形態の流量調整装置１００は、ダイヤフラム一体型弁体（弁体部）１０と、内部流路を有する本体部２０と、ダイヤフラム一体型弁体１０を軸線Ｘに沿って移動させる移動機構３０と、ダイヤフラム一体型弁体１０を本体部２０に固定する固定部材４０と、ダイヤフラム一体型弁体１０が軸線Ｘに沿って移動するように支持する支持部５０と、移動機構３０が有するステッピングモータ（駆動部）３１を支持するモータ支持部材６０と、回り止めピン７０と、設置面Ｓに設置されるベース部８０と、移動機構３０を制御する制御基板（制御部）９０と、を備える。

図１に示すように、ダイヤフラム一体型弁体１０と、移動機構３０と、固定部材４０と、支持部５０と、モータ支持部材６０と、回り止めピン７０と、制御基板９０は、本体部２０の上方に設置されるカバー部材１００ｃの内部に収容されている。また、制御基板９０は、ケーブル２００を介して外部装置（図示略）との間で各種の信号の送受信や、外部装置からの電力供給を受ける。
また、本体部２０と、固定部材４０と、支持部５０と、モータ支持部材６０と、ベース部８０とは、軸線Ｘに沿って延びる締結ボルト８１および締結ボルト８２により締結されて一体化している。
以下、本実施形態の流量調整装置１００が備える各部について説明する。

ダイヤフラム一体型弁体１０は、弁室Ｒ１内を軸線Ｘに沿って移動することにより、弁座部２１に設けられた導入流路２２から弁室Ｒ１に流入する流体の流量を調整するものである。ダイヤフラム一体型弁体１０と弁座部２１の距離は、後述する移動機構３０により調整される。
図２に示すように、ダイヤフラム一体型弁体１０は、軸線Ｘに沿って軸状に形成される基部１１と、基部１１の外周面に連結されるとともに軸線Ｘを中心とした円環状かつ薄膜状に形成されるダイヤフラム部（薄膜部）１２と、ダイヤフラム部１２の外周側端部が連結される内周面を有するとともに円環状に形成される円環部１３と、を有する。

基部１１とダイヤフラム部１２と円環部１３とは、単一の材料により一体に形成されている。ダイヤフラム一体型弁体１０を形成する材料として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の耐薬品性の高いフッ素樹脂材料を用いるのが望ましい。
円環部１３には、軸線Ｘ回りの周方向に沿って無端状に形成されるとともに軸線Ｘに沿って下方に突出する円環凸部１３ａが形成されている。一方、ダイヤフラム一体型弁体１０と対向する位置に配置される本体部２０には、軸線Ｘ回りの周方向に沿って無端状に形成されるとともに軸線Ｘに沿って上方に開口する円環溝部２０ａが形成されている。円環凸部１３ａと円環溝部２０ａは、軸線Ｘに対する半径が同一となるように形成されている。

本実施形態の流量調整装置１００を組み立てる際には、本体部２０の円環溝部２０ａにダイヤフラム一体型弁体１０の円環凸部１３ａを圧入する。これにより、円環溝部２０ａと円環凸部１３ａとが密着した状態となり、これらが密着した領域が弁室Ｒ１から外部への流体の流出を抑制するシール領域となる。また、ダイヤフラム一体型弁体１０の基部１１の中心軸が軸線Ｘと一致した状態となる。ダイヤフラム一体型弁体１０を本体部２０へ固定することにより、ダイヤフラム一体型弁体１０と本体部２０により仕切られる弁室Ｒ１が形成される。

図２に示すように、本体部２０は、ダイヤフラム一体型弁体１０と対向する位置に配置される弁座部２１と、流入ポート１００ａから流入する流体を弁室Ｒ１へ導入する導入流路（内部流路）２２と、流入ポート１００ａから流入する流体を流通させるとともに導入流路２２へ導く流入流路２３と、弁室Ｒ１から流出する流体を流出開口２４ａから流出ポート１００ｂへ導く流出流路２４と、を有する。
本体部２０は、単一の材料により一体に形成されている。本体部２０を形成する材料として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の耐薬品性の高いフッ素樹脂材料を用いるのが望ましい。

移動機構３０は、ダイヤフラム一体型弁体１０を軸線Ｘに沿って移動させることにより、ダイヤフラム一体型弁体１０と本体部２０の弁座部２１との間の距離を調整することで、導入流路２２から弁室Ｒ１へ導かれる流体の流量を調整する機構である。
図２に示すように、移動機構３０は、ステッピングモータ（駆動部）３１と、ステッピングモータ３１に連結されて軸線Ｘ回りに回転する駆動軸３２と、駆動軸３２と一体に回転する回転部材３３と、駆動軸３２を取り囲むように配置されるスラスト軸受部３４と、回転部材３３に対して軸線Ｘに沿って相対的に移動可能な移動部材３５と、移動部材３５と支持部５０との間に配置されるスプリング３６と、位置検出部３７と、を有する。駆動軸３２，回転部材３３，スラスト軸受部３４，および移動部材３５は、金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼材、ＳＫ４等の炭素工具鋼材）により形成されている。

ステッピングモータ３１は、制御基板９０から送信される矩形状のパルス信号に含まれるパルス数に応じて駆動軸３２を回転させる駆動機構である。
図２に示すように、駆動軸３２には、軸線Ｘに直交する水平方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。また、回転部材３３にも、軸線Ｘに直交する水平方向に貫通する貫通孔（図示略）が形成されている。駆動軸３２の貫通孔３２ａと回転部材３３の貫通孔の双方にピンＰが挿入されており、回転部材３３が駆動軸３２と一体となって軸線Ｘ回りに回転するようになっている。

図２に示すように、回転部材３３は、軸線Ｘに沿って延びる円筒状に形成される部材であり、下半部の外周面に雄ねじ３３ａが設けられている。雄ねじ３３ａは、回転部材３３を移動部材３５に連結しつつ移動部材３５を回転部材３３に対して相対的に移動させるために設けられている。
スラスト軸受部３４は、回転部材３３とステッピングモータ３１との間に駆動軸３２を取り囲むように配置されている。スラスト軸受部３４は、スプリング３６の付勢力やダイヤフラム一体型弁体１０が流体から受ける軸線Ｘに沿って上方へ向けた付勢力を支持し、このような付勢力によらずに回転部材３３を円滑に回転させる。

移動部材３５は、軸線Ｘに沿って配置される部材であり、下端側にダイヤフラム一体型弁体１０の基部１１が挿入される挿入穴３５ａが設けられ、上端側に回転部材３３が連結される連結穴３５ｂが設けられている。
図２に示すように、ダイヤフラム一体型弁体１０の基部１１の上半部は、移動部材３５の挿入穴３５ａに挿入されている。基部１１の上半部を挿入穴３５ａに挿入する際に、フッ素樹脂材料により形成された基部１１が弾性変形し、図２に示すように連結された状態となる。

移動部材３５の連結穴３５ｂの内周面には、回転部材３３の雄ねじ３３ａに連結される雌ねじ３５ｃが設けられている。雌ねじ３５ｃは、移動部材３５を回転部材３３に連結しつつ移動部材３５を回転部材３３に対して相対的に移動させるために設けられている。
移動部材３５の上方の外周部分には、軸線Ｘ回りの複数箇所（例えば、１２０°間隔の３箇所）に軸線Ｘと平行な方向に延びる貫通穴（図示略）が形成されている。貫通穴には、移動部材３５が軸線Ｘ回りに回転することを規制する棒状の回り止め部材（図示略）が挿入されている。回り止め部材の下端は、第２支持部材５２の上面に形成された挿入穴（図示略）に挿入される。回り止め部材の下端が挿入穴に挿入されるため、移動部材３５が軸線Ｘ回りに回転することが規制される。

図２に示すように、移動部材３５には、連結穴３５ｂの下方側の空間と外部と連通した空間Ｒ２とを連通させる通気孔３５ｄが設けられている。通気孔３５ｄは、回転部材３３に対する移動部材３５の相対的な位置の変位にかかわらず、連結穴３５ｂの下方側の空間を大気圧状態に維持するための孔である。

スプリング３６は、支持部５０の上端面に形成された円環状の溝部と移動部材３５に形成された円環状の溝部とに挿入され、移動部材３５に軸線Ｘに沿って上方に向けた付勢力を発生する部材である。スプリング３６は、回転部材３３の雄ねじ３３ａに連結される移動部材３５に付勢力を与えることで、バックラッシュによるダイヤフラム一体型弁体１０の位置決め誤差を低減するために設けられている。

位置検出部３７は、モータ支持部材６０に固定されており、移動部材３５の軸線Ｘ方向の位置を検出する。後述する制御基板９０は、ステッピングモータ３１へ伝達したパルス信号から推定される移動部材３５の軸線Ｘ方向の位置と、位置検出部３７が検出する移動部材３５の軸線Ｘ方向の位置の双方を認識することができる。制御基板９０は、これらの位置が一致しない場合、ステッピングモータ３１の脱調等の不具合が発生していることを認識することができる。

以上説明した構成を備える移動機構３０は、以下のように動作してダイヤフラム一体型弁体１０を軸線Ｘに沿って移動させる。
移動機構３０は、ステッピングモータ３１により駆動軸３２とそれに連結された回転部材３３を軸線Ｘ回りに回転させる。回転部材３３の外周面に形成された雄ねじ３３ａに連結される雌ねじ３５ｃが設けられた移動部材３５は、回り止め部材により軸線Ｘ回りの回転が規制されている。そのため、回転部材３３が軸線Ｘ回りに回転するのに伴って、その回転方向により軸線Ｘに沿って上方または下方に移動する。ダイヤフラム一体型弁体１０は、移動部材３５に連結されているため、移動部材３５の移動に伴って軸線Ｘに沿って上方または下方に移動する。

固定部材４０は、軸線Ｘを中心とした板状に形成される部材であり、本体部２０に取り付けられたダイヤフラム一体型弁体１０を固定する部材である。固定部材４０には軸線Ｘを中心として開口する挿入穴が形成されており、移動機構３０の移動部材３５が挿入可能となっている。
支持部５０は、移動機構３０の移動部材３５が軸線Ｘに沿って移動するように支持するものである。支持部５０は、移動部材３５の外周面に近接して配置される筒状の第１支持部材５１と、第１支持部材５１の外周側に配置される第２支持部材５２とを有する。

第１支持部材５１は、移動部材３５と近接する位置において、移動部材３５の外径よりも大きい内径の内周面を有する。移動部材３５の外径と第１支持部材５１の内径との差は、移動部材３５の軸線Ｘに沿った円滑な移動を可能にしつつ可能な限り微少な値に設定されている。
また、第１支持部材５１の内周面は軸線Ｘに沿って一定の範囲で延びる円筒形状となっている。第１支持部材５１は、移動機構３０がダイヤフラム一体型弁体１０を軸線Ｘに沿って移動させる際に、ダイヤフラム一体型弁体１０が軸線Ｘに直交する水平方向にずれないように規制する。第１支持部材５１は、移動部材３５よりも低い硬度の材料により形成して移動部材３５との接触時の摩擦力を抑制することが望ましい。第１支持部材５１は、例えば、銅と亜鉛の合金である黄銅により形成するのが好ましい。

図２に示すように、第１支持部材５１には空間Ｒ２と連通する通気溝５１ａが形成され、第２支持部材５２には通気溝５１ａと連通する通気孔５２ａが形成されている。通気孔５２ａは、大気中に開口している。そのため、通気孔５２ａおよび通気溝５１ａと連通した空間Ｒ２は、大気圧に維持される。このようにすることで、流体が流通する弁室Ｒ１とダイヤフラム部１２を隔てて対向する空間Ｒ２が大気圧状態に維持される。

モータ支持部材６０は、締結ボルト（図示略）によりステッピングモータ３１に連結される部材である。モータ支持部材６０は、下端部が第２支持部材５２の上面に支持されるため、ステッピングモータ３１が支持部５０から一定の位置に配置されるようにステッピングモータ３１を支持している。

回り止めピン７０は、ダイヤフラム一体型弁体１０の円環部１３が軸線Ｘ回りに回転しないように規制するための軸状に形成される部材である。図２に示すように、本体部２０の上面には、回り止めピン７０の下端が挿入される挿入穴２５が形成されている。また、円環部１３の外周面には、回り止めピン７０が挿入される切欠穴１３ｂが形成されている。また、固定部材４０には、回り止めピン７０が挿入される貫通穴４０ａが形成されている。貫通穴４０ａと切欠穴１３ｂと挿入穴２５とに回り止めピン７０を挿入することにより、ダイヤフラム一体型弁体１０の円環部１３が軸線Ｘ回りに回転しないように規制される。

ベース部８０は、設置面Ｓに設置される部材であり、例えば、締結ボルト（図示略）により設置面Ｓに固定される。
図１に示すように、ベース部８０の下方側から締結ボルト８１および締結ボルト８２を締め付けることにより、本体部２０と、固定部材４０と、支持部５０と、モータ支持部材６０と、ベース部８０とが一体化される。

制御基板９０は、ケーブル２００を介して外部装置（図示略）と接続されており、ケーブル２００を介して外部装置から電力供給を受けるとともに、外部装置との間で各種の信号の送受信を行う。外部装置から受信する信号は、例えば、流量調整装置１００が調整する目標流量の設定値を示す信号である。
制御基板９０は、目標流量の設定値を示す信号を受信した場合、ステッピングモータ３１を回転させてダイヤフラム一体型弁体１０を所望の位置に移動させるためのパルス信号を生成し、ステッピングモータ３１へ伝達する。

次に、図３および図４を参照して、本実施形態の流量調整装置１００が備えるダイヤフラム一体型弁体１０が流体の流量を調整するための構造について説明する。
図３および図４は、図２に示す流量調整装置１００のII部分の部分拡大図である。図３は、導入流路２２から弁室Ｒ１へ流入する流体の流量を最小値に設定した状態を示している。一方、図４は、導入流路２２から弁室Ｒ１へ流入する流体の流量を最小値よりも多く設定した状態を示している。

図３および図４に示すように、ダイヤフラム一体型弁体１０は、平面形状に形成される弁体面１１ａを有する。また、本体部２０の弁座部２１は、弁体面１１ａと対向する位置に配置されるとともに平面形状に形成される弁座面２１ａを有する。弁座面２１ａは、弁室Ｒ１と導入流路２２とを連通させる流入開口（流路開口）２２ａの周囲に設けられている。移動機構３０によりダイヤフラム一体型弁体１０を軸線Ｘに沿って上下動させることにより、弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離が調整される。
図３および図４に示すように、弁体面１１ａおよび弁座面２１ａは、軸線Ｘと角度θをなすとともに互いに平行になるように配置されている。

ここで、図５を参照して、ダイヤフラム一体型弁体１０の軸線Ｘに沿った移動量と弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離との関係について説明する。図５は、図４に示す流量調整装置１００のIII部分の部分拡大図である。なお、図３に示すダイヤフラム一体型弁体１０の軸線Ｘ上の位置に対して図４に示すダイヤフラム一体型弁体１０の軸線Ｘ上の位置は、距離Ｌだけ上方であるものとする。

図５に示すように、ダイヤフラム一体型弁体１０が軸線Ｘに沿って上方に距離Ｌだけ移動した場合、弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離の増分はＬ・ｓｉｎθとなる。これは、図３および図４に示すように、弁体面１１ａおよび弁座面２１ａが軸線Ｘと角度θをなして配置されているからである。

このように、ダイヤフラム一体型弁体１０が軸線Ｘに沿って上方に距離Ｌだけ移動した場合、弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離の増分は距離Ｌよりも短いＬ・ｓｉｎθとなる。例えば、ステッピングモータ３１が一単位のパルス信号により回転する際のダイヤフラム一体型弁体１０の軸線Ｘに沿った移動量が距離Ｌである場合、弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離の増分を距離Ｌよりも短いＬ・ｓｉｎθとすることができる。このようにすることで、ステッピングモータ３１の回転による最小移動量よりも弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離の増分を少なくし、高い分解能で流体の流量調整を行うことができる。

ここで、角度θは、０°より大きく９０°より小さい鋭角とするのが好ましい。また、角度θを５°以上かつ４５°以下の範囲のいずれかの値に設定するのが更に好ましい。また、角度θを１０°以上かつ２５°以下の範囲のいずれかの値に設定するのが更に好ましい。また、角度θを１５°に設定するのが更に好ましい。

次に、図６を参照して、ダイヤフラム一体型弁体１０および本体部２０の組み付け誤差が生じる場合に、その誤差により弁体面１１ａの位置が変動して弁体面１１ａが弁座面２１ａ以外の他の部分と接触する不具合を抑制するための構造について説明する。
図６は、本実施形態の流量調整装置１００の本体部２０の弁室Ｒ１を軸線Ｘに沿った上方からみた平面図である。

図６に示す破線は、軸線Ｘ上の位置Ｘ１（図３参照）を通過する平面上での基部１１の外形と、軸線Ｘ上の位置Ｘ２（図３参照）を通過する平面上での基部１１の外形とを示している。
図６において、軸線Ｘを中心とした半径ｒ１の部分円と、距離Ｌ１の直線とが連結された破線は、軸線Ｘ上の位置Ｘ１（図３参照）を通過する平面上での基部１１の外形を示している。また、図６において、軸線Ｘを中心とした半径ｒ２の部分円と、距離Ｌ２の直線とが連結された破線は、軸線Ｘ上の位置Ｘ２（図３参照）を通過する平面上での基部１１の外形を示している。

距離Ｌ１は、位置Ｘ１で軸線Ｘに直交する平面と弁体面１１ａとの交線の長さである。距離Ｌ２は、位置Ｘ２で軸線Ｘに直交する平面と弁体面１１ａとの交線の長さである。距離Ｌ２が距離Ｌ１よりも長いのは、弁体面１１ａが軸線Ｘと鋭角となる角度θをなしているからである。
なお、軸線Ｘに直交する平面と弁体面１１ａとの交線の長さは、位置Ｘ１から位置Ｘ２に向けて距離Ｌ１から距離Ｌ２に近付くように漸次に増加する。

一方、距離Ｌ３は、位置Ｘ１で軸線Ｘに直交する平面と弁座面２１ａとの交線の長さである。ここで、弁座面２１ａは、弁体面１１ａと対向する位置に配置されるとともに平面形状に形成されている部分をいう。図６に示すように、距離Ｌ３は、距離Ｌ１および距離Ｌ２よりも長い。
距離Ｌ３を距離Ｌ１および距離Ｌ２よりも長くしているのは、ダイヤフラム一体型弁体１０および本体部２０の組み付け誤差が生じる場合に、その誤差により弁体面１１ａの位置が変動して弁体面１１ａが弁座面２１ａ以外の他の部分と接触する不具合を抑制するためである。

以上説明した本実施形態の流量調整装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、移動機構３０によりダイヤフラム一体型弁体１０の弁体面１１ａと弁座部２１の弁座面２１ａとの間の軸線Ｘに沿った距離を調整することにより流体の流量の調整が行われる。弁座面２１ａに対向して配置される弁体面１１ａが平面形状となっているため、ダイヤフラム一体型弁体１０および本体部２０の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合であっても、弁体面１１ａは流入開口２２ａには挿入されずにその周囲に設けられる弁座面２１ａに近接する。また、平面形状の弁体面および弁座面が平行に配置される状態が維持される。よって、ダイヤフラム一体型弁体１０および弁座部２１の組み付け誤差や寸法誤差が生じる場合のパーティクルの発生を抑制することができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００によれば、弁体面１１ａおよび弁座面２１ａが、軸線Ｘと鋭角をなすとともに互いに平行となるように配置されている。そのため、移動機構３０によるダイヤフラム一体型弁体１０の軸線Ｘに沿った移動距離の変動に対して、弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離の変動が相対的に小さくなる。これにより、移動機構３０が調整可能な最小移動量よりも弁体面１１ａと弁座面２１ａとの間の距離の最小移動量が小さくなり、流体の流量調整を精度良く行うことができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００によれば、軸線Ｘに直交する平面と弁座面２１ａとの交線の長さＬ３が、その平面と弁体面１１ａとの交線の長さＬ１，Ｌ２よりも長い。
このようにすることで、ダイヤフラム一体型弁体１０および本体部２０の組み付け誤差が生じる場合に、その誤差により弁体面１１ａの位置が変動して弁体面１１ａが弁座面２１ａ以外の他の部分と接触する不具合を抑制することができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００によれば、ダイヤフラム一体型弁体１０が、弁体面１１ａを有する基部１１と、基部１１の外周面に連結されるダイヤフラム部１２と、ダイヤフラム部１２が連結される内周面を有する円環部１３と、を有し、円環部１３が、本体部２０に挿入される回り止めピン７０により軸線Ｘ回りに回転しないように規制されている。
このようにすることで、円環部１３の軸線Ｘ回りの回転位置が、弁座部２１の軸線Ｘ回りの回転位置と所望の位置関係となるように精度良く規制される。そのため、ダイヤフラム部１２を介して円環部１３と連結される基部１１の弁体面１１ａの軸線Ｘ回りの回転位置が所望の位置となるように精度良く規制され、弁体面１１ａおよび弁座面２１ａが互いに平行となる配置状態を精度良く実現することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の流量調整装置１００Ａについて図面を参照して説明する。
本実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとする。
第１実施形態の流量調整装置１００は、フッ素樹脂製の基部１１の上半部をフッ素樹脂製の移動部材３５の下端に設けられた挿入穴３５ａに挿入し、ダイヤフラム一体型弁体１０と移動部材３５とを連結するものであった。
それに対して本実施形態の流量調整装置１００Ａは、ダイヤフラム一体型弁体１０Ａと移動部材３５Ａとをフッ素樹脂材料よりも硬度の高い材料で形成される軸状部材１１ｂを介して連結するものである。

図７に示すように、移動機構３０Ａが備える移動部材３５Ａの下端部に設けられた挿入穴３５ａと、ダイヤフラム一体型弁体１０Ａの基部１１Ａの中心部分に形成された穴には、軸線Ｘに沿って延びる軸状部材１１ｂを介して連結されている。
ここで、ダイヤフラム一体型弁体１０Ａは、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂材料により形成されている。一方、軸状部材１１ｂは、例えば、ステンレス等の金属材料、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、セラミック材料などフッ素樹脂材料よりも硬度の高い材料により形成されている。
このようにすることで、ダイヤフラム一体型弁体１０Ａを耐薬品性の高いフッ素樹脂材料により形成しつつ、ダイヤフラム一体型弁体１０Ａが弁座部２１に接触した際にダイヤフラム一体型弁体１０Ａが軸線Ｘに直交する水平方向にずれることを抑制することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の流量調整装置１００Ｂについて図面を参照して説明する。
本実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとする。
第１実施形態の流量調整装置１００は、弁体面１１ａおよび弁座面２１ａをそれぞれ平面形状に形成するものであった。
それに対して本実施形態の流量調整装置１００Ｂは、弁体面１１Ｂａおよび弁座面２１Ｂａを、それぞれ軸線Ｘを中心軸とした円錐面と一致した形状に形成するものである。

図８および図９を参照して、ダイヤフラム一体型弁体１０Ｂおよび本体部２０Ｂの組み付け誤差が生じる場合に、その誤差により弁体面１１Ｂａの位置が変動して弁体面１１Ｂａが弁座面２１Ｂａ以外の他の部分と接触する不具合を抑制するための構造について説明する。
図８は、本実施形態の流量調整装置１００Ｂを示す部分拡大図である。図９は、本実施形態の流量調整装置１００Ｂの本体部２０Ｂの弁室Ｒ１を軸線Ｘに沿った上方からみた平面図である。

本実施形態のダイヤフラム一体型弁体１０Ｂは、軸線Ｘに沿って軸状に形成される基部１１Ｂと、基部１１Ｂの外周面に連結されるとともに軸線Ｘを中心とした円環状かつ薄膜状に形成されるダイヤフラム部１２Ｂとを有する。
図８に示すように、本実施形態の流量調整装置１００Ｂは、ダイヤフラム一体型弁体１０Ｂの基部１１Ｂを軸線Ｘに沿って上下動させることにより、基部１１Ｂに設けられた弁体面１１Ｂａと弁座部２１Ｂに設けられた弁座面２１Ｂａとの間の距離を調整し、導入流路２２Ｂから流入開口２２Ｂａを介して弁室Ｒ１へ流入する流体の流量を調整する。

図９に示す破線は、軸線Ｘ上の位置Ｘ３（図８参照）を通過する平面上での基部１１Ｂの外形と、軸線Ｘ上の位置Ｘ４（図８参照）を通過する平面上での基部１１Ｂの外形とを示している。
図９において、軸線Ｘを中心とした半径ｒ３の円となる破線は、軸線Ｘ上の位置Ｘ３を通過する平面上での基部１１Ｂの外形を示している。また、図９において、軸線Ｘを中心とした半径ｒ４の円となる破線は、軸線Ｘ上の位置Ｘ４を通過する平面上での基部１１Ｂの外形を示している。

図８および図９に示すように、基部１１Ｂの下端側は位置Ｘ３で半径ｒ３となり位置Ｘ４で半径ｒ３よりも小さい半径ｒ４となるように円錐台状に形成されている。そのため、弁座面２１Ｂａと対向する位置に配置される弁体面１１Ｂａは、軸線Ｘを中心軸とした円錐面と一致した形状に形成されている。同様に、弁体面１１Ｂａと対向する位置に配置される弁座面２１Ｂａは、軸線Ｘを中心軸とした円錐面と一致した形状に形成されている。

弁体面１１Ｂａと弁座面２１Ｂａは、流入開口２２Ｂａを介して弁室Ｒ１へ流入する流体の流量が最小流量に設定される場合に、互いに接触せずに近接可能となるように略同形状に形成されている。
このようにすることで、弁座部２１Ｂの軸線Ｘ回りの回転位置とダイヤフラム一体型弁体１０Ｂの軸線Ｘ回りの回転位置とに誤差が生じる場合であっても、円錐面同士が対向する状態が維持され、弁体面１１Ｂａと弁座面２１Ｂａとの間の距離を一定とした状態を維持することができる。

〔他の実施形態〕
第２実施形態のようにフッ素樹脂材料により形成されたダイヤフラム一体型弁体１０Ａおよび移動部材３５Ａを、フッ素樹脂材料よりも硬度の高い材料により形成された軸状部材１１ｂにより連結する構成を、第３実施形態の流量調整装置１００Ｂに採用してもよい。
すなわち、フッ素樹脂材料により形成されたダイヤフラム一体型弁体１０Ｂおよび移動部材３５Ｂを、フッ素樹脂材料よりも硬度の高い材料により形成された軸状部材（図示略）により連結する構成を採用してもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ ダイヤフラム一体型弁体（弁体部）
１１，１１Ａ，１１Ｂ 基部
１１ａ，１１Ｂａ 弁体面
１１ｂ 軸状部材
１２ ダイヤフラム部（薄膜部）
１３ 円環部
２０，２０Ｂ 本体部
２０ａ 円環溝部
２１，２１Ｂ 弁座部
２１ａ，２１Ｂａ 弁座面
２２，２２Ｂ 導入流路（内部流路）
２２ａ，２２Ｂａ 流入開口（流路開口）
２３ 流入流路
２４ 流出流路
２４ａ 流出開口
２５ 挿入穴
３０，３０Ａ 移動機構
３１ ステッピングモータ（駆動部）
４０ 固定部材
５０ 支持部
６０ モータ支持部材
１００，１００Ａ，１００Ｂ 流量調整装置
１００ａ 流入ポート
１００ｂ 流出ポート
Ｒ１ 弁室
Ｒ２ 空間
Ｘ 軸線

Claims (7)

1. 内部流路を流通する流体の流量を調整する流量調整装置であって、
   弁室の内部を軸線に沿って移動するとともに弁体面を有する弁体部と、
   前記弁室と前記内部流路とを連通させる流路開口の周囲に設けられるとともに前記弁体面と対向する位置に配置される弁座面を有する弁座部と、
   前記弁体部に連結されるとともに該弁体部を前記軸線に沿って移動させて前記弁体面と前記弁座面との間の距離を調整する移動機構と、
   目標流量の設定値に応じて前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
   前記弁体面および前記弁座面が、前記軸線と鋭角をなすとともに互いに平行となり、かつ前記目標流量が最小流量に設定される場合に接触せずに近接した状態となるように配置されており、
   前記流路開口が、前記弁体面と対向する位置に、かつ前記弁座面の内部に設けられている流量調整装置。
2. 前記弁体面および前記弁座面が、平面形状に形成される面である請求項１に記載の流量調整装置。
3. 前記軸線に直交する平面と前記弁座面との交線の長さが、該平面と前記弁体面との交線の長さよりも長い請求項２に記載の流量調整装置。
4. 前記弁体面および前記弁座面が、前記軸線を中心軸とした円錐面と一致した形状に形成されている請求項１に記載の流量調整装置。
5. 前記弁体部および前記移動機構が、前記軸線に沿って延びる軸状部材を介して連結されており、
   前記弁体部が、フッ素樹脂材料により形成されており、
   前記軸状部材が、前記フッ素樹脂材料より硬度の高い材料により形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流量調整装置。
6. 前記弁体部が、前記弁体面を有する基部と、該基部の外周面に連結されるとともに前記軸線を中心とした円環状に形成される薄膜部と、該薄膜部が連結される内周面を有するとともに円環状に形成される円環部と、を有し、
   前記弁座部が、前記内部流路が形成された本体部に設けられており、
   前記円環部が、前記本体部に挿入される回り止め部材により前記軸線回りに回転しないように規制されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流量調整装置。
7. 内部流路を流通する流体の流量を調整する流量調整装置であって、
   弁室の内部を軸線に沿って移動するとともに弁体面を有する弁体部と、
   前記弁室と前記内部流路とを連通させる流路開口の周囲に設けられるとともに前記弁体面と対向する位置に配置される弁座面を有する弁座部と、
   前記弁体部に連結されるとともに該弁体部を前記軸線に沿って移動させて前記弁体面と前記弁座面との間の距離を調整する移動機構と、を備え、
   前記弁体面および前記弁座面が、前記軸線と鋭角をなすとともに互いに平行となるように配置されており、
   前記流路開口が、前記弁体面と対向する位置に、かつ前記弁座面の内部に設けられており、
   前記弁体部が、前記弁体面を有する基部と、該基部の外周面に連結されるとともに前記軸線を中心とした円環状に形成される薄膜部と、該薄膜部が連結される内周面を有するとともに円環状に形成される円環部と、を有し、
   前記弁座部が、前記内部流路が形成された本体部に設けられており、
   前記円環部が、前記本体部に挿入される回り止め部材により前記軸線回りに回転しないように規制されている流量調整装置。

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