JPH01112086A - 微少流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体或いは液体等の各種の流体流量を制御す
るための微少流量制御弁に関する。

〔従来の技術〕

従来の微少流量制御弁として、例えば第６図に示すよう
に、気体ａにおける流体流入路すと流体流出路Ｃとの間
に、流体流入路すから弁室ｄへの流入用微小孔ｅを備え
た弁座ｆを介装し、かつ、流入用微小孔ｅに対して抜き
差し駆動可能なニードル弁体ｇを設け、このニードル弁
体ｇをアクチュエータｈ（この例では熱膨張タイプ）に
より駆動調節して、流入用微小孔ｅの開度を調節するこ
とにより、その部分における流動抵抗を調節し、もって
、流入用微小孔ｅを通過する流体流量の微少流量制御を
行うようにしたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近時、超ＬＳＩ製造技術の発展に伴って、ウ
ェハ処理プロセス等において極めて微量の流量制御を精
度よく行うことができるようにすることが強く要求され
るに至っている。

しかしながら、上記構成の微少流量制御弁においては、
弁座ｆに形成される弁室ｄへの流入用微小孔ｅの開口径
は、ニードル弁体ｇの機械加工上の限界等による制約が
あるために、−室以上には小さくすることができず、又
、ニードル弁体ｇを流入用微小孔ｅに対して一定以上に
近づけた（挿入した）範囲内では、ニードル弁体ｇの移
動量と流量との関係における直線性が大きく崩れてしま
うことから、精度よく流量制御を行い得る流量範囲が比
較的大きくならざるを得す、従って、従来の微少流量制
御弁では上述した最近の高度な要求には応えることがで
きないのである。

又、従来の微少流量制御弁においては、ニードル弁体ｇ
及び弁座ｆの流入用微小孔ｅにおいて微細加工が必要で
あり、表面加工に多大の時間と労力を要すると共に、ユ
ーザ側においては再加工がきわめて困難であった。更に
、流入用微小孔ｅの開度調節のためにニードル弁体ｇを
上下動させたとき、ニードル弁体ｇが前後又は左右に振
れて流入用微小孔ｅ周囲の壁に擦られてニードル弁体ｇ
が折損するに至るといった不都合があった。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、従来の微少流量制御弁に比べて格
段に微少な流量範囲において、精度及び応答性に優れ、
しかも、構造が比較的簡単で製作が容易であり、制御操
作も簡単な微少流量制御弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕゛ 上述の目的を達成するため、本発明に係る微少流量制御
弁は、弁座部材及び弁体部材の相対向する面のそれぞれ
を、鏡面加工により平滑な平面に形成しである。

〔作用〕

上記構成によれば、弁座部材及び弁体部材の構造が簡単
になり、それだけ製作が容易になると共に、弁座部材に
形成される微小孔の開口径を非常に小さくすることがで
きると共に、平面と平面との間の隙間の大きさを制御す
る方式であるから、弁座部材に対する弁体部材との間の
離間距離と流量との関係における直線性がより微少流量
の範囲まで良好に維持できるため、より一層微少な流量
範囲まで精度よく制御することができ、上記目的は完全
に達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する
。

第１図は本発明の第１実施例に係る所謂ノルマルオーブ
ンタイプの微少流量制御弁を示し、同図において、Ｂは
略直方体状の基体であって、その内部には断面形状が円
形の流体流入路■と流体流出路０とが形成されている。

尚、以下、特に断らない限り、全ての流体流路の断面形
状は円形とすｌは流体流入路Ｉと流体流出路Ｏとに亘っ
て固定用環状部材３により固定的に介装された弁座部材
であり、２はこの弁座部材１との間に密閉弁室Ｓを形成
するように、かつ、弁座部材１に対して接近離間変位可
能に設けられた弁体部材であって、複数個の圧縮ばね部
材４・・・により開方向（弁座部材１から離間する方向
）に常時付勢されている。

そして、これら弁座部材１と弁体部材２における弁室Ｓ
を介して互いに対向する面（弁室Ｓに臨む面）のそれぞ
れは、鏡面加工により平滑な平面に形成しである。

Ｃは弁体部材２を閉方向（弁座部材１に接近する方向）
に変位させるように押圧駆動するためのアクチュエータ
であって、基体Ｂの一側面（この実施例では上面）に固
定的に設けられている。

前記弁座部材１には、流体流入路■と弁室Ｓとを連通さ
せる流入用微小孔１ａを備えた第１弁座部ＩＡと、弁室
Ｓと流体流出路Ｏとを連通させる流出用微小孔１ｂを備
えた第２弁座部ＩＢとが形成されている。そして、前記
流入用微小孔１ａ及び流出用微小孔１ｂは、弁座部材１
の弁室Ｓに臨む平滑平面側に形成されるものであるが、
その間口径を穿孔技術限界（２０〜５０μ程度）まで小
径にできるように、平滑平面とは反対側の面（背面）側
から、基体Ｂ側における流体流入路Ｉ及び流体流出路０
に連通ずる予備通路１ｃ、　ｌｄを機械的穿孔手段によ
り予め穿設しておいｈ上で、例えばレーザ加工或いは電
解加工等の微小穿孔技術を用いて穿設される。

又、前記弁体部材２の弁室Ｓに臨む平滑平面は、弁座部
材１の流入用微小孔１ａ及び流出用微小孔１ｂのそれぞ
れにおける流動抵抗を調節するための第１弁体部２八及
び第２弁体部２Ｂとを合わせ備えているものであり、こ
れら第１弁体部２Ａ及び第２弁体部２Ｂは、アクチュエ
ータＣによる弁体部材２の駆動によって同時に駆動調節
される。

前記アクチュエータＣは、この実施例では、大きな押圧
力が得られると共に耐久性、即応性、直線性等にも優れ
た特性を有するピエゾスタックの歪力を利用したものの
構成されており、基体已に立設固定された筒体５と、こ
の筒体５の基体Ｂ側端部に固定的に設けられ、弁体部材
２の平滑平面とは反対側の面（背面）側に当接するダイ
ヤフラム６と、筒体５の内部に設けられ押圧部材７を介
してダイヤフラム６を押圧駆動するピエゾスタック８と
、このピエゾスタック８の初期位置を調整するためのス
ライド部材９．調節用袋ナツト１０．青銅用リングナツ
ト１１等で構成される。８ｅ、　８ｆはピエゾスタック
８に対する制御用の電圧印加リード線であって、スライ
ド部材９に設けられたコネクタ１２を介して導出されて
いる。

尚、図中、Ｒ・・・はシール用０リングを示し、この実
施例では、腐蝕やパーティクルの発生を極力防止できる
ように、ステンレス製のものが用いである。

ところで、前記ピエゾスタック８については、本願出願
人が特願昭５９−２４９８６０号等により既に提案して
いるものであるが、その位置構成実施例について簡単に
説明すると、第２図に示すように、上下両面にメツキが
施された直径１０〜５０ｍｍ、厚さ０．１〜０．５Ｍの
多数（１００〜２００枚）の圧電素子８ａ・・・と、導
電性に優れ０．０５〜０．２ｍｍの厚さ（直径は圧電素
子８ａ・・・と略同じ）を有する多数の金属薄板８ｂ・
・・とを、−枚ずつ交互に積層し、各金属薄板８ｂ・・
・を図示の如く一つおきに正極リード８Ｃ・・・及び負
極リード８ｄ・・・によって接続し、正極リード８Ｃ・
・・及び負極リード８ｄ・・・に対して制御用の電圧印
加リード線８ｅ、　８ｆを接続して構成しである。

そして、このように構成されたピエゾスタック８は、所
定の電圧を印加すると、ピエゾ効果により圧電素子８ａ
・・・の積層方向にその印加電圧に応じた膨張歪変化（
例えばＤＣ５００■程度の印加電圧で６０〜１００ｍ程
度）を生ずる。従って、このピエゾスタック８の歪力に
より、押圧部材７及びダイヤフラム６を介して、弁体部
材２がばね部材４・・・による開方向付勢力に抗して、
印加電圧に応じた量だけ開方向に押圧変位させられて、
この微少流量制御弁を通過する流体流量の制御が行われ
るのである。

第３図は本発明の第２実施例に係る所謂ノルマルクロー
ズタイプの微少流量制御弁を示し、この実施例において
は、弁座部材１に対する固定用環状部材３の代えて固定
用環状ねじ蓋体１３を設けると共に、開方向付勢用の圧
縮ばね４・・・に代えて固定用環状ねじ蓋体１３に支持
された閉方向付勢用のばね部材１４を設けて、弁座部材
１をばね部材１４により閉方向に常時付勢するように構
成し、更に、弁体部材２の背面とダヤフラム６との間に
押圧ロッド１５を介装して、アクチュエータＣにより弁
体部材２を閉方向に変位させるべく押圧駆動させるよう
に構成しである。尚、この実施例における他の構成は上
記第１実施例のものと基本的に同じであるから、同じ機
能を有する部材には同じ符号を付してその説明は省略す
る。

第４図は本発明の第３実施例に係るノルマルオープンタ
イプの微少流量制御弁を示し、弁座部材１における流入
用微小孔１ａを備えた第１弁座部ＩＡと流出用微小孔１
ｂを備えた第２弁座部ＩＢとの間に、弁室Ｓに臨む平滑
平面側に流出側微小孔１６ａと流入側微小孔１６ｂとを
備えたＵ字状流路１６を複数個（この実施例においては
２個）併設すると共に、弁室Ｓ内を３つの空間に仕切る
ための壁部材１７を設け、かつ、これら３つの空間内に
、第１弁座部ＩＡの流入用微小孔１ａ及びこの流入用微
小孔１ａに近いＵ字状流路１６の流出側微小孔１６ａに
対する流動抵抗調節用の第１弁体部材２ａと、第２弁座
部ＩＢの流出用微小孔１ｂ及びこの流出用微小孔１ｂに
近いＵ字状流路１６の流入側微小孔１６ｂに対する流動
抵抗調節用の第２弁体部材２ｂと、第１弁座部ＩＡに近
いＵ字状流路１６の流入側微小孔１６ｂ及び第２弁座部
ＩＢに近いＵ字状流路１６の流出側微小孔１６ａに対す
る流動抵抗調節用の第３弁体部材２ｃとを設けることに
より、尚−層微少な流Ｎ範囲（この実施例では従来構成
の微少流量制御弁の場合の略１／６）において、精度及
び応答性よく流量制御を行うことができるようにしたも
のである。尚、この実施例における他の構成は上記第１
実施例のものと基本的に同じであるから、同じ機能を有
する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

第５図は本発明の第４実施例に係る微少流量制御弁を示
し、この実施例においては、第１弁座部１への流入用微
小孔１ａと、Ｕ字状流路１６の流出側微小孔１６ａ、　
１６ａ及び流入側微小孔１６ｂ、　１６ｂと、第２弁座
部ＩＢの流出用微小孔１ｂとにおける各流動抵抗を、全
て、一つの弁体部材２で調節するようにしたものであり
、そのために、弁室Ｓ内を３つの空間に仕切るための部
材としては、前記第３実施例における壁部材１７に代え
て、弁座部材１と弁体部材２との間に、比較的薄い弾性
体からなる仕切り部材１８を介装しである。この仕切り
部材１８弁体部材２を開方向に常時付勢する機能をも発
揮し得るので、前記第１実施例における開方向付勢用圧
縮ばね部材４・・・を省略することができる。尚、この
実施例における他の構成は上記第３実施例のものと基本
的に同じであるから、同じ機能を有する部材には同じ符
号を付してその説明は省略する。

上記第３実施例及び第４実施例における微少流量制御弁
についても、ノルマルクローズタイプに構成することが
できることは云うまでもない。

又、上記各実施例においては、アクチュエータＣを構成
するのに、ピエゾスタックの歪力を利用したものを示し
たが、これに限定されるものではなく、手動、電磁駆動
、空気圧駆動、モータ駆動。

サーマル駆動等の他の方式を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る微少流量制御弁は、
弁座部材及び弁体部材の相対向する面のそれぞれを、鏡
面加工により平滑な平面に形成しであるので、弁座部材
及び弁体部材の構造が簡単になり、それだけ製作が容易
になると共に、弁座部材に形成される微小孔の開口径を
非常に小さくすることができると共に、平面と平面との
間の隙間の大きさを制御する方式であるから、弁座部材
に対する弁体部材との間の離間距離と流量との関係にお
ける直線性がより微少流量の範囲まで良好に維持できる
ため、より一層微少な流量範囲まで精度よく制御するこ
とができ、従来の微少流量制御弁に比べて格段に微少な
流量範囲において、精度並びに応答性よく流量制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る微少流量制御弁を示
す縦断面図、第２図はアクチュエータの一例を示す分解
斜視図である。 第３図は本発明の第２実施例に係る微少流量制御弁を示
す縦断面図である。 第４図は本発明の第３実施例に係る微少流量制御弁を示
す縦断面図である。 第５図は本発明の第４実施例に係る微少流量制御弁を示
す縦断面図である。 第６図は従来の微少流量制御弁を示す縦断面図である。 ■・・・弁座部材、２・・・弁体部村 山　別　人　　　株式会社　エステツク化　理　人　　
　弁理士　　藤本英夫 第１図 １・・・弁座部材 第２図 ８ｅ ｆ 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁座部材及び弁体部材の相対向する面のそれぞれを、鏡
   面加工により平滑な平面に形成してあることを特徴とす
   る微少流量制御弁。