JPH0742869A

JPH0742869A - バルブ装置

Info

Publication number: JPH0742869A
Application number: JP5209868A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kazama; 洋一郎風間; Tomihisa Koyama; 富久小山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-08-02
Filing date: 1993-08-02
Publication date: 1995-02-10
Also published as: KR0148499B1; US5470045A; KR950006290A

Abstract

(57)【要約】【目的】高いクリーン度及び流量制御性を維持しつつ
構造簡単で安価なバルブ装置を提供する。【構成】バルブ本体２８の弁座２６にダイヤフラム３
０を着座可能に設けると共にこのダイヤフラムを押圧す
る負荷手段２９を設け、更にダイヤフラムを離間させる
電磁アクチュエータ３６を設けたバルブ装置であって、
上記負荷手段２６を周縁が固定された薄板円板３４とこ
の中心に固定した弁棒３２により構成する。上記ダイヤ
フラムを弁座２６に着座させた状態から電磁アクチュエ
ータを駆動することにより薄板円板の弾発力に抗しつつ
弁棒３２を引き上げ、これにより弁開度を適切に且つ円
滑に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス等の比較的小流量
の流体の流量を精密に制御する精密ガス流量制御用のバ
ルブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製品等を製造するために
は、例えば微量の処理ガスを精度良く制御しながら流す
必要があるが、この流量制御を行うために例えば精密ガ
ス流量制御装置が用いられている。

【０００３】この種のガス流量制御装置は、微量ガスの
流量を検出するセンサ部と、バルブ装置と、これを制御
する制御回路部とにより主に構成されている。センサ部
は、全ガス量の僅かな比率の量が通過する細管に電熱コ
イルを巻回してなるセンサを有しており、大部分のガス
はバイパスを流れるようになっている。そして、このセ
ンサ部での検出値に基づいて制御回路部はバルブ装置の
弁開度を制御し、ガスの流量を制御する。この場合、弁
開度を制御するには、全体のガス流量自体が非常に少な
いことから例えば数１０μｍのストローク範囲内で精度
良く弁開度を制御しなければならず、このためにアクチ
ュエータとして小さなストローク範囲内で大きな推力変
化を生ぜしめることができることから一般的には積層型
圧電素子体が用いられている。

【０００４】ここで従来のガス流量制御装置を図７に基
づいて説明すると、流体通路２のバイパス４の両端に全
ガス流量の僅かな比率の流量を流す例えば直径０．５ｍ
ｍ程度の細管６が形成され、これにセンサ部８の１対の
電熱コイル１０が巻回されている。この１対の電熱コイ
ル１０は、例えば５０００ＰＰＭ／度程度の高い抵抗温
度係数を有し、これと２つの抵抗と組み合わせてブリッ
ジが形成されて定電流回路１２から電流を流すようにな
っている。そして、ガス流の上流側のヒータはガス流に
よって熱が奪われて温度が下がると共に下流側のヒータ
は逆に熱が上がる傾向となって熱移動が生ずると平衡状
態のブリッジ回路が不平衡となり、この時発生する電位
差が流量信号となる。

【０００５】この信号は増幅回路１４により増幅された
後、比較制御回路１６へ入力され、ここでこの入力信号
と基準流量と比較して所定の流量を維持するようにバル
ブ装置１８の積層型圧電素子体２０を伸縮させて弁体、
すなわちダイヤフラム２２を適正な弁開度になるように
上下動させる。このように、弁体として薄い金属板より
なるダイヤフラム２２を用いる理由は、以下のようであ
る。

【０００６】従来にあっては、ガス流路中にスプリング
等の稼働部分を収容したバルブ装置も存在したが、腐食
性ガスを使用する場合にはガスに晒されたスプリング等
の腐食や摩耗によりパーティクルが発生しこれがガス流
に混入されてしまうからである。すなわち半導体製造工
程においては微細加工を行うことから高度のクリーン度
が必要とされており、ゴムやプラスチック等を弁体とし
て用いると不良原因となる切り粉等のパーティクルが発
生するが、金属製のダイヤフラムによって構造簡単でし
かもクリーン度の高い弁体が実現できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに弁体であるダイヤフラム２２を操作するために積層
型圧電素子体２０を用いることにより、例えば１００μ
ｍ程度の微小ストローク範囲内でガス流量の制御を行う
ことができるが、この種の積層型圧電素子２０はストロ
ークが微小であり、なおかつ非常に高価なものであり、
そのためにバルブ装置１８自体が制御流量レンジが低く
なおかつ非常に高価になってしまうという問題点があっ
た。そこで、上記圧電素子体２０やダイヤフラム２２に
代えて比較的高温で安定に動作できる電磁弁を用いるこ
とも考えられるが、従来構造の電磁弁の場合にはボビン
やプランジャが前述のようにガス流中に晒されることか
らパーティクルが発生して高いクリーン度を維持するこ
とができない。

【０００８】また、弁体として金属ダイヤフラムを使用
する場合は、本質的にその変位量が小さいので、電磁気
力のみで安定に制御することはできない。すなわち、圧
電素子体２０は、微小なストローク範囲内で大きな推力
が得られるのに対して、電磁式アクチュエータはそのよ
うな操作ができず、しかも電磁力を使用していることか
ら推力はギャップの２乗に反比例して変化するので、ダ
イヤフラムにより弁開度を適正に制御することはできな
かった。

【０００９】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は高いクリーン度及び流量制御性を維持しつつ構
造簡単で安価なバルブ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、流体流入口と、流体流出口と、これら
の間の弁座とを有するバルブ本体と、前記弁座に対向し
て配置され周縁が固定されたダイヤフラムと、このダイ
ヤフラムを弁座方向に変位させるために前記ダイヤフラ
ムに関して前記弁座とは反対側に設けられた負荷手段
と、この負荷手段に抗って前記ダイヤフラムを前記弁座
から離間するように作用する電磁アクチュエータとを有
し、前記負荷手段が周縁で固定された薄板円板と、この
薄板円板の中心に固定された弁棒とで構成したものであ
る。

【００１１】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、弁体と
してのダイヤフラムは、負荷手段の薄板円板の弾発力に
よりバルブ本体の弁座方向へ弁を閉塞するように常時付
勢されている。弁開度を調整する時は例えば電磁コイル
よりなる電磁アクチュエータを作動させることにより弁
棒を吸引してダイヤフラムを弁座から離して弁開度を調
整する。この場合、電磁アクチュエータによる吸引力は
ギャップの２乗に反比例して大きくなるが、薄板円板の
弾発力が電磁アクチュエータの吸引力に適切に対向する
ように作用し、弁開度の円滑な略リニアな制御が可能と
なる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明に係るバルブ装置の一実施例
を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るバ
ルブ装置を示す構成図、図２は弁の全閉時における状態
を示す要部拡大図、図３は弁の開状態を示す要部拡大
図、図４は図１に示す装置に用いる薄板円板を示す平面
図である。図７に示したと同様に本発明のバルブ装置２
４は、ガス等の流体を流す流体通路に設けたガス流量制
御装置の一部として構成され、例えば配管２５に全体と
して着脱可能に取り付けられる。このバルブ装置２４
は、弁座２６を有するバルブ本体２８と、この弁座２６
に対向して配置されて周縁部が固定され、弁座２６に着
座可能に設けられる薄板状のダイヤフラム３０と、この
ダイヤフラム３０を弁座方向に変位させるためにダイヤ
フラムに関して弁座２６とは反対側に設けられた負荷手
段２９と、この負荷手段に抗って前記ダイヤフラム３０
を弁座２６から離間するように作用する例えば電磁コイ
ルと稼働子よりなる電磁アクチュエータ３６とにより主
に構成されている。そして、この負荷手段２９は、その
周縁がバルブ本体側へ固定された薄板円板３４とこの中
心に一端がこれを貫通する如く固定された押圧部材５４
とにより主に構成されている。

【００１３】具体的には、上記バルブ本体２８は上記流
体通路としての配管２５の途中に着脱可能に介設されて
おり、この内部には流体流入路３８に接続される円形に
開口された流体流入口４０と、流体流出路４２に接続さ
れる円形に開口された流体流出口４４とが並設されてい
る。この流体流入口４０は、バルブ本体の底部より僅か
に上方へ突出させて形成されており、この流入口４０の
開口縁が上記弁座２６として構成されることになる。そ
して、この弁座２６の上方には、フラット時において例
えば１００μｍ程度の距離だけ離間させて例えばステン
レス製の直径２２ｍｍ程度の円形板よりなる弁体として
のダイヤフラム３０がその周縁部をダイヤフラム固定部
材４６により固定して図中略水平方向、すなわち弁棒３
２の軸方向と直交する方向に設けられている。このダイ
ヤフラム３０の剛性は非常に高く、僅かな変形で大きな
応力を発生する。このダイヤフラム３０はその中心が上
記弁座２６の中心と対応するように位置設定され、弁口
を完全に閉塞し得るように構成される。

【００１４】このバルブ本体２８の図中上方には、円筒
体状の弁棒ケーシング４８が起立されており、その下端
部は例えばネジ込みによりケーシング支持部材５０に螺
合され、この支持部材５０はネジ５２によりバルブ本体
２８側へ固定される。このケーシング４８内に図中にお
いて上下方向、すなわち弁棒３２の軸方向へ移動可能に
収容される略円柱状の弁棒３２は、例えば直径が１２ｍ
ｍ程度に設定されると共にその下端部には押圧部材５４
がネジ部５６により着脱可能に螺合されている。そし
て、この押圧部材５４の下部中心部と上記ダイヤフラム
３０の上面中心部に設けられる円柱状の受け部材５８と
の間には鋼球６０が介在されており、鋼球６０の下部を
受け部材５８の上面に形成した円錐状の凹部６２に収容
することにより鋼球６０に対する付勢力に偏りが生じて
もダイヤフラム３０に対して均等な力を付与し得るよう
に構成される。また、上記押圧部材５４の中心部には貫
通孔６４が形成され、この下端部には下部先端が上記鋼
球を受けるべく円錐状に成形された調整手段としての調
整ネジ６６が螺合されている。

【００１５】そして、押圧部材５４を図中下方向すなわ
ち弁座方向へ付勢する薄板円板３４は、例えば図４に示
すように中心部に挿通孔６８を有する例えば直径２２ｍ
ｍ程度の円板バネとしての機能を有しており、この挿通
孔６８に上記押圧部材５４の上部を挿通させて固定リン
グ７１によって押圧部材５４に固定し、薄板円板３４の
周縁部をケーシング支持部材５０側へ固定する。従っ
て、この薄板円板３４はその周縁が固定された状態で中
心部が弁棒３２と一体的に弾性的に変位することにな
る。この薄板円板は例えば厚さ０．２５ｍｍ程度のニッ
ケル合金により構成されており、装着時における内径Ｄ
１は例えば７ｍｍに設定され、外径Ｄ２は１６ｍｍに設
定されている。このような板バネ機能を有する薄板円板
３４の変位と荷重との関係は後述する如く図５及び図６
に示すように表され、このバネ特性は、ダイヤフラム３
０を弁座２６に当接するまでに変化させる初期設定範囲
における平均バネ定数Ｋ１に比べ、電磁アクチュエータ
３６によってダンヤフラムを弁座２６から離間させる動
作範囲における平均バネ定数Ｋ２が１．２〜３倍の範囲
内となるように選択される。そして、本実施例において
は、図２に示すように弁の全閉時、例えばダイヤフラム
３０の変位量が約１００μｍの時においては薄板円板３
４の中心部が上に突状に変位するように設定し、ダイヤ
フラム３０に予圧を付与させておく。この場合の薄板円
板３４の変位量は、予圧分も含めて約１１０μｍ程度と
なる。従って、弁開度を調整すべく図３に示すように電
磁アクチュエータにより引き上げられて薄板円板３４が
仮想線で示す全閉時の位置から図中上方向に更に変形し
てもこの時の平均バネ定数はそれ以前の変位の時の１．
２〜３倍の範囲で増加しており、距離の変化に伴って急
激に変化する電磁アクチュエータの吸引力と対向するこ
とになり、円滑な変位すなわち弁開度の円滑な変化を保
証することができる。

【００１６】この場合、薄板円板３４の初期設定（全
閉）を行うには、押圧部材５４に設けた調整ネジ６６を
回転して出没させることにより行い、また、薄板円板３
４のバネ定数を変更するためにはこの薄板円板自体の厚
さｔ、装着時における内径Ｄ１、外径Ｄ２を適宜選択す
ることにより行うことができる。一方、上記弁棒３２の
上端は、ケーシング内側天井部よりも僅かな距離Ｌ１、
例えば１００μｍ程度短く設定されており、弁棒３２の
最大可動範囲を規定している。そして、このケーシング
４８の天井部には、これを貫通してネジ等により弁棒の
長手方向へ出没可能になされたギャップ調整部材７０が
設けられており、これを出没させることにより弁棒３２
の可動範囲を規制することになる。

【００１７】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、流体通路２を流れるガス
等の流体はその大部分がバイパス４を通り、一定の分流
比の流体が細管６を通る（図７参照）。そして、ここを
通過した流体は、バルブ装置２４の流体流入路３８を介
して流体流入口４０に至り、バルブ本体２８内を通過し
た後、流体流出口４４より流体流出路４２側へ流れて行
く（図１参照）。センサ部８は上記細管６内を流れる流
体により全体の流量を検出し、その結果は、比較制御回
路１６へ入力されてここで外部より入力される基準流量
と比較される（図６参照）。そして、この制御回路１６
は全体流量が基準流量を維持するようにバルブ装置２４
の電磁アクチュエータ３６の電磁コイルに駆動電流を流
して弁開度を制御する（図１参照）。

【００１８】ここで、例えば電磁アクチュエータ３６に
より弁棒３２を吸引してこれを次第に引き上げることに
より弁開度を徐々に大きくする状況を例にとって説明す
る。図５は薄板円板の変位量と発生する荷重（弾発力）
の関係及びダイヤフラムの復元力を組み合わせたグラ
フ、図６は図５に示す特性に電磁アクチュエータ３６が
発生する吸引力特性を加えたグラフである。

【００１９】次に、このバルブ装置の初期調整設定及び
動作を簡単に説明する。まず、初期調整設定を行うに
は、弁棒ケーシング４８、電磁アクチュエータ３６及び
弁棒３２をそれぞれケーシング支持部材５０及び押圧部
材５４から取り外した状態で、調整ネジ６６を回転する
ことによりこれをダイヤフラム３０側へ徐々にネジ込ん
で押し出し、図２に示すようにダイヤフラム３０を弁座
２６側へ、すなわち図中下方向へ屈曲させる。この時、
ダイヤフラム３０の復元力により薄板円板３４はその中
心部が図中上方へ突状に屈曲されている。そして、ダイ
ヤフラム３０が弁座と接触した時点（全閉状態）から更
に例えば２ｋｇｆ程度の予圧をかけて洩れがないように
確実に閉じる。

【００２０】このようにして初期調整設定が完了したな
らば、弁棒３２、弁棒ケーシング４８及び電磁アクチュ
エータ３６を組み付け、バルブ装置の動作を開始する。
微小なガス流量の制御を行うには、電磁アクチュエータ
３６に通電して吸引力を発生すると通電量に従って弁棒
３２は上昇し、これとギャップ調整部材７０とのギャッ
プは次第に小さくなる。この場合、電磁吸引力は距離の
略２乗に反比例して大きくなるので弁棒３２が上昇する
に従って吸引力は例えば２次曲線的に急激に大きくな
る。

【００２１】しかしながら、本実施例においてはこの時
変形する薄板円板３４の平均バネ定数は、先の初期調整
範囲における変位の平均バネ定数の１．２〜３倍程度大
きくなるように設定されているので、上述のような電磁
アクチュエータ３６による吸引力の急激な増加は、上記
した薄板円板３４の平均バネ定数の増加によって相殺さ
れてしまい、結果的に、電磁アクチュエータ３６に流れ
る駆動電流に略比例した弁開度を得ることができ、微小
なガス流量を適正に制御することができる。尚、弁棒３
２が降下して弁開度が小さくなる場合にも上述と同様に
動作し、微小なガス流量を適正に制御することができ
る。

【００２２】このように電磁吸引力が距離の２乗で変化
する電磁アクチュエータを微小な変位量、例えば全スト
ロークが１００μｍ程度しか変位しないダイヤフラムの
変位量を制御するためには非常な困難が伴うが、上述の
ような特性を有する薄板円板３４を適切に使用すること
により、すなわちダイヤフラムを弁座に当接するまで変
化させる初期調整範囲における平均バネ定数Ｋ１に比
べ、電磁アクチュエータによってダイヤフラムを弁座か
ら離間させる動作範囲における平均バネ定数Ｋ２を１．
２〜３倍の範囲に設定することにより、微小ガス流量を
適正に制御することができる。

【００２３】上記動作説明は、比較的定性的な説明であ
るので、ここで図５及び図６も参照して定量的に説明す
る。前述のように図５は薄板円板の変位量と発生する荷
重（弾発力）との関係及びダイヤフラムの復元力を組み
合わせたグラフであり、図６は図５に示す特性に電磁ア
クチュエータが発生する吸引力特性を重ね合わせたグラ
フである。

【００２４】図５においては横軸には薄板円板の変位量
と同時にこれと対応させてダイヤフラムの変位量も併せ
て記載されている。これは薄板円板とダイヤフラムの変
位量は、初期調整範囲においては別個独立に変化する
が、一担初期設定が終了した後の動作範囲においてはこ
れら両部材は一体的に変位することからこの時の弾発力
の関係の説明を容易化するためである。

【００２５】この説明においては、弁座２６と、フラッ
ト時すなわち無負荷時のダイヤフラム３０との間の距離
Ｘ１、すなわちストロークを１００μｍとし（図３参
照）、薄板円板３４の厚さｔが０．２０ｍｍ、０．２５
ｍｍ、０．３０ｍｍの３種類についてそのバネ特性が表
され、それぞれ曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３として表される。
この場合、横軸には薄板円板の変位量Ｚ（図３参照）が
表される。ダイヤフラム３０の復元力は曲線Ｂ１として
表され、全閉状態の時には変位量が最大の１００μｍと
なって、ダイヤフラム３０の復元力も最大となり、弁が
開くに従って変位量が次第に減少して、全閉時には変位
量がゼロとなってダイヤフラム３０の復元力もゼロとな
る。すなわち動作範囲においてはこのダイヤフラムは常
にアクチュエータの吸引力と同じ方向、すなわち薄板円
板３４の弾発力の方向と対向する方向に作用することに
なる。

【００２６】さて、上記３種類の各薄板円板３４のバネ
特性は変位量が変化するに従って僅かではあるがそのバ
ネ定数（曲線の傾き）が次第に増加することに注意され
たい。このような特性を有する薄板円板３４をバルブ装
置に組み込んで前述のように、まず初期調整操作を行
う。この操作は調整ネジ６６をネジ込むことにより行わ
れるが、このネジ込みに従って薄板円板３６の変位は上
に突状となってグラフ中の曲線Ａ１、Ａ２、Ａ３上を右
方向へ移動し、これに対してダイヤフラム３０は下に突
状に変位して曲線Ｂ１上を左方向へ移動し、これらの力
がつり合った状態でそれぞれ変位することになる。

【００２７】ここで薄板円板３４の板厚が０．２５ｍｍ
の曲線Ａ２に着目すると、変位量が９０μｍになった時
にダイヤフラムは１００μｍ変位しており、すなわち全
閉状態になっており、共に約６．５ｋｇｆの荷重が発生
している。つまり、ガス流を確実に停止させるために更
に薄板円板３６の変位量を１１０μｍまで更に２０μｍ
増加させて予圧を付与する。この時の薄板円板３４の弾
発力は約８．５ｋｇｆとなり、従って予圧は約２．０ｋ
ｇｆとなる。このようにして初期調整操作が終了するこ
とになる。

【００２８】次に、通常のガス流量制御のための動作へ
移行する。まず、前述のように電磁アクチュエータ３６
に駆動電流を流すことにより弁棒３２を徐々に引き上げ
る。この時、薄板円板３４の弾発力は電磁吸引力に対抗
するように作用するが、これに対してダイヤフラム３０
の復元力は電磁吸引力と同方向へ、すなわちこれを助け
る方向に作用する。すなわち曲線Ｂ１上を左から右方向
へ移動するように作用する。この時、動作範囲において
は調整ネジ６６は何ら操作されないのでダイヤフラムと
薄板円板は、先の初期調整範囲の場合と異なり、一体的
に同じ変位量ずつ変化することになる。

【００２９】従って、電磁アクチュエータ３６に求めら
れる電磁吸引力は、薄板円板の弾発力の曲線Ａ２からダ
イヤフラムの弾発力の曲線Ｂ１を引いた値、すなわち曲
線Ｃとして表される。尚、図中曲線Ｄは通常のコイルバ
ネのバネ特性を参考のために示したものであり、変位量
に対してリニアに弾発力が変化している。

【００３０】ここで図６を参照して、先に求めた電磁ア
クチュエータに求められる磁気吸引力とこのアクチュエ
ータに流す駆動電流ＡＴ（アンペアターン）との関係に
ついて考察する。図中曲線Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ
５はそれぞれ５０ＡＴ、１００ＡＴ、１５０ＡＴ、２０
０ＡＴ、２５０ＡＴの特性を示し、薄板円板３４の変位
量が多くなるに従って、すなわちギャップ調整部材７０
と弁棒３２の距離が小さくなるに従って吸引力は急激に
大きくなっている。

【００３１】ここで電磁アクチュエータに求められる吸
引力を示す曲線Ｃに着目すると５０ＡＴの曲線Ｅ１を除
き、他の全ての曲線Ｅ２〜Ｅ５とそれぞれ一点において
クロスしていることが判明する。これが意味するところ
は、曲線Ｅ１を除いた他の全ての曲線Ｅ２〜Ｅ５とのク
ロス点においてそれぞれに対応するＡＴ（アンペアター
ン）により弁開度が安定的に維持されるという点であ
る。すなわち、電磁アクチュエータに流す駆動電流ＡＴ
を、５０ＡＴを除いて適宜変化させることによりそれに
対応した弁開度を設定することができ、弁開度を自由に
安定的に制御することができる。この場合、もし先に得
られた曲線Ｃの傾きが小さ過ぎて、この曲線Ｃが１つの
ＡＴ（アンペアターン）曲線と２か所でクロス点を持つ
場合には弁開度の設定位置が１種類のＡＴに対して２か
所存在することになり、弁開度が安定しなくなってこの
制御が不可能となる。

【００３２】また、この曲線Ｃの傾きが上記と同様に小
さ過ぎて動作に必要とされるＡＴの曲線の内の１部の曲
線としかクロスしない場合（例えば円板の厚さ０．２０
ｍｍの曲線Ａ１或いはコイルバネの曲線Ｄに対する、電
磁アクチュエータに求められる磁気吸引力曲線（図示せ
ず）の場合）には僅かな駆動電流の変化で薄板円板の変
化量が大きく変動し、同様に弁開度を安定して制御する
ことができない。また、この場合には薄板円板の変化量
も過度に大きくなるために薄板円板の許容変位量を超え
て破損する恐れが生ずる。

【００３３】これに対して、曲線Ｃの傾きが大き過ぎて
すなわち急峻過ぎて、全てのＡＴの曲線と僅かな変位量
の範囲にてクロスする場合（例えば円板の厚さ０．３０
ｍｍの曲線Ａ３に対する、電磁アクチュエータに求めら
れる磁気吸引力曲線（図示せず）の場合）には必要とさ
れる駆動電流ＡＴのレンジが非常に大きくなり過ぎ、実
際的ではない。従って、弁開度を適切に制御し得るに適
した薄板円板３４のバネ特性には限界があり、そのよう
なバネ特性は前述したように、ダイヤフラムを弁座に当
接するまで変位させる、いわゆる初期調整範囲における
平均バネ定数Ｋ１に比べ、電磁アクチュエータによって
ダイヤフラムを弁座から離間させる動作範囲における平
均バネ定数Ｋ２が１．２〜３倍の範囲内に入るようなも
のであり、バネ定数が１．２を下回ると例えば曲線Ａ１
にて示される傾向となって前述のように弁開度の制御が
不可能になり、逆にバネ定数が３を超えると例えば曲線
Ａ３にて示される傾向となって駆動電流のレンジが過大
になり過ぎてしまい、図示例にあっては薄板円板の厚さ
として０．２５ｍｍ程度が最も優れた特性を示してい
る。

【００３４】すなわち、薄板円板のバネ特性としてダイ
ヤフラムが無負荷状態でフラットな状態からこれが屈曲
されて全閉状態（予圧を含む）になるまでの必要な変位
量と荷重との関係を示す曲線の平均の傾きに対して、予
圧された後から全開状態となるまでのストローク間の変
化を示す平均の傾きがある程度以上、立ち上がっている
ことが必要である。以上述べたような適切なバネ特性を
有する薄板円板を用いることにより、例えば全ストロー
クが僅か１００μｍ程度の変位量しか有さないダイヤフ
ラムの変位量を、吸引力が距離の２乗で激しく変化する
電磁アクチュエータを使用しても、適切に略リニアに制
御することが可能になる。尚、上記実施例においては、
１枚の薄板円板のみを使用した場合について説明した
が、例えば図５中の曲線Ａ２に示すようなバネ特性を発
揮し得る構成であるならば、複数、例えば２枚の薄板円
板を用いてもよいのは勿論である。

【００３５】また、上記実施例においてはダイヤフラム
３０の上方には鋼球６０が介在させてあるので弁棒３２
側からの付勢力に偏りが生じてもこの鋼球６０の作用に
よりダイヤフラム３０に対して均等に付勢力を付加する
ことが可能となる。また、バルブ本体２８のガス流体が
流れる部分は、単にダイヤフラム３０により区画されて
いるだけで単純構造になされており、ガス流体にパーテ
ィクル等が混入する恐れもなく高いクリーン度を維持す
ることができる。

【００３６】また、電磁アクチュエータとして電磁コイ
ルに代えて他の安価な作動手段、例えばクーロン力を利
用したアクチュエータを用いるようにしてもよい。更
に、上記実施例にあってはフラットな形状のダイヤフラ
ムを用いたが、これに限定されず、ダイヤフラムに例え
ば波形に屈曲されたコルゲーションを設けるようにして
もよい。これによれば、許容応力を低く押さえることが
可能になる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のバルブ装
置によれば次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。薄板円板のバネ特性を用いてアクチュエータの
急激な吸引力の変動を抑制するようにしたので、安価な
部材を用いて高いクリーン度を維持しつつ高い流量制御
性を安定的に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバルブ装置を示す構成図である。

【図２】弁の全閉時における状態を示す要部拡大図であ
る。

【図３】弁の開状態示す要部拡大図である。

【図４】図１に示す装置に用いる弾発部材を示す平面図
である。

【図５】薄板円板の変位量を発生する荷重の関係及びダ
イヤフラムの復元力を組み合わせたグラフである。

【図６】図５に示す特性に電磁アクチュエータが発生す
る吸引力特性を重ね合わせたグラフである。

【図７】従来のバルブ装置を用いた流量制御装置を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

２４バルブ装置２６弁座２８バルブ本体２９負荷手段３０ダイヤフラム３２弁棒３４薄板円板３６電磁アクチュエータ４０流体流入口４４流体流出口６０鋼球６６調整ネジ（調整手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体流入口と、流体流出口と、これらの
間の弁座とを有するバルブ本体と、前記弁座に対向して
配置され周縁が固定されたダイヤフラムと、このダイヤ
フラムを弁座方向に変位させるために前記ダイヤフラム
に関して前記弁座とは反対側に設けられた負荷手段と、
この負荷手段に抗って前記ダイヤフラムを前記弁座から
離間するように作用する電磁アクチュエータとを有し、
前記負荷手段が周縁で固定された薄板円板と、この薄板
円板の中心に固定された弁棒とで構成されたことを特徴
とするバルブ装置。
【請求項２】流体流入口と、流体流出口と、これらの
間の弁座とを有するバルブ本体と、前記弁座に対向して
配置され周縁が固定されたダイヤフラムと、このダイヤ
フラムを弁座方向に変位させるために前記ダイヤフラム
に関して前記弁座とは反対側に設けられた負荷手段と、
この負荷手段に抗って前記ダイヤフラムを前記弁座から
離間するように作用する電磁アクチュエータとを有し、
前記負荷手段におけるバネ特性を、前記ダイヤフラムを
弁座に当接するまで変位させる初期調整範囲における平
均バネ定数に比べ、前記電磁アクチュエータによって前
記ダイヤフラムを弁座から離間させる動作範囲における
平均バネ定数が１．２〜３倍の範囲内であることを特徴
とするバルブ装置。
【請求項３】前記負荷手段は前記ダイヤフラムが前記
弁座に着座させるための調整手段を有することを特徴と
する請求項１または２記載のバルブ装置。