JPH10318401A

JPH10318401A - 流量制御装置用バルブ

Info

Publication number: JPH10318401A
Application number: JP12460197A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Tokuhisa; 泰一徳久; Makoto Tanaka; 田中　　誠
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の流量を大きくするとともに、バルブの
コンパクト化を図れる流量制御装置用バルブを提供す
る。【解決手段】流量制御装置用バルブは、流入側通路３
３と流出側通路３５との間を開閉するための弁５１を内
部に持った弁室５と、この弁室５内に設けられており、
弁５１が乖離と当接をすることで開閉を行うためのシー
ト部材４２と、このシート部材４２のシート面から離れ
て設けられた流出側通路３５と、前記シート部材４２の
外周４５と弁室５の内周３６との間に設けられており流
出側通路３５まで延びている円環状の流出側開口４４を
有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体や液体等の比
較的小流量を精密に制御する流量制御バルブで、例えば
流量制御装置のバルブ部に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば精密ガス流量制御装置とし
てマスフローコントローラが知られている。このマスフ
ローコントローラは、図３に示すように概ね装置本体８
とセンサー部１とバルブ部６と制御回路部（図示せず）
とからなっている。

【０００３】センサー部１はよく知られているように、
ガスの主流路から分岐して全ガス流量の何分の１かが通
過するように設けられた細い導管が設けられており、こ
の導管の上流側と下流側とに電熱線コイルが巻かれてい
る。このコイルに流す電流によって生じる熱を導管の中
を通るガスが奪う状況を検出してガスの流量を測定す
る。

【０００４】バルブ部６は、流れるガスの量を調整する
もので、ガスの流入側通路73（一次側通路）と流出側通
路85（二次側通路）の間に金属製のダイアフラム（以
下、金属ダイアフラムという。）61などの弁を持った弁
室が設けられている。この弁の開度を電磁ソレノイドや
積層圧電体21などに加える電圧または電流を制御して調
節することで、ガスの流量を制御している。

【０００５】制御回路部では、予め設定されている流量
設定信号と、前記センサー部で検出した流量信号に基づ
いて、バルブ部の電磁ソレノイドや積層圧電体を駆動す
る。弁として金属ダイアフラム61を持っているものにお
いては、流入側通路73の開口が弁室に設けられていて、
この開口の周りにバルブシート９が設けられている。バ
ルブシート９の外側にシートと同心円状に二次側の開口
81があり、その底から図面右側に流出側通路85が設けら
れている。この同心円状に設けられた二次側開口81は、
流出側通路85の口をその底にもっているので流出側通路
85の径よりも大きな幅を必要としている。金属ダイアフ
ラム61は、この二次側開口81の外縁部で挟み付けられて
いて、二次側開口81と流出入側通路73、85の開口全体を
覆うように設けられている。そして金属ダイアフラム61
の上側に設けられた電磁ソレノイドや積層圧電体21を駆
動して金属ダイアフラム61を流入側通路73の開口のまわ
りのバルブシート９に対して上下動させて、金属ダイア
フラム61をバルブシート９のシール面に当接および乖離
させたり、またバルブシート９と金属ダイアフラム61の
間隙を調整してガスの流量を制御する。

【０００６】流入側通路73から流出側通路85へ流れるガ
スは、流入側通路の開口のまわりに設けられたバルブシ
ート９と金属ダイアフラム61との間隙を通って二次側開
口81へ流れ、そこから流出側通路の口を経由して流出側
通路85へと流れていく。ここでガスの流量は、バルブシ
ート９と金属ダイアフラム61との間隙で調整されること
から明らかなように、この間隙の面積によって決まって
くる。

【０００７】ところが、ガスの流れは円環状のバルブシ
ートの周りのいずれの部分でも均一に流れるのではな
く、実際は二次側開口81に設けられた流出側通路85の口
に近いところのバルブシート部分に集中して流れている
ことが観察された。二次側開口81は、流入側通路73の開
口と同心円状に設けられているのでこの間のガスの通過
抵抗は場所によって変わるところがない。しかし、二次
側開口81の底の一部分に流出側通路85への口が設けられ
ているため、この流出側通路85への口が設けられている
場所の付近では流速が早く、そこに近いバルブシート９
と金属ダイアフラム61との間隙部を多くのガスが流れて
いるものと考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】昨今、ガス流量制御装
置用バルブとしてコンパクトで大流量の要求が高い。現
在は、例えば面間寸法がおよそ１２０mmで５リッター／
分程度までの流量を制御しているが、半導体や液晶を大
量に処理するための装置に使用するには、ガス流量も同
じ面間寸法で５０リッター／分程度流せる大きなものが
要求されてきている。

【０００９】ところが、上記のガス流量制御装置用のバ
ルブ構造ではガス流量の大きなものに適用するには、全
体として大きなものにする必要があった。そこで本発明
では、全体としての大きさを変えなくても、ガス流量を
大きくすることのできる流量制御装置用バルブを提供す
るものである。

【００１０】また、流体の流量を大きくするとともに、
バルブのコンパクト化を図れる流量制御装置用バルブを
提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の流量制御装置用
バルブは、流入側通路と流出側通路との間を開閉するた
めの弁を内部に持った弁室と、この弁室内に設けられて
おり、弁が乖離と当接をすることで開閉を行うためのシ
ート部材と、前記シート部材のシート面から離れて設け
られた流出側通路と、前記シート部材の外周と弁室の内
周との間に設けられており流出側通路まで延びている円
環状の流出側開口を有することを特徴とするものであ
る。

【００１２】弁としては、弁室の周囲で挟持されて外周
部分に弾性変形部を備えており、シート部材のシール面
に対して平行度を保って弾性的に動くようになっている
自己弾性復元力を有する金属製のダイアフラムであるこ
とが望ましい。

【００１３】流出側通路がシート部材のシート面からシ
ート部材の直径の１．５倍以上、より好ましくは２〜３
倍離れていることが好ましく、円環状の流出側開口の厚
さは流出側通路の直径よりも小さい、より好ましくはそ
の１／２〜１／１５であることが好ましい。

【００１４】さらに詳しくは、本発明の流量制御装置用
バルブは、流入口、流出口および弁室を持ったブロック
状のバルブ本体と、このバルブ本体の弁室の下部の空洞
に挿入されているシートブロックを持っており、前記空
洞から流入口と流出口に向かって直線的に流入側通路と
流出側通路が設けられていることが好ましい。また、シ
ートブロック上面のシール面とバルブ本体の上面が同じ
平面になるように面一に形成することが好ましい。これ
ら流入側通路と流出側通路は水平に直線的に設けられて
いることは製作する上で好適であるし、シール面と本体
上面が面一に一致していると、これらの両面を一度にラ
ッピング仕上げすることが出来、しかも平面度に優れて
いる。シートブロックはその上部が弁室に臨んでおり、
その上端面中央に流入側通路からの開口、その周囲にシ
ート部材（シート面）を有し、前記開口から下方に延び
た流入側通路はバルブ本体の流入側通路と連絡してい
る。また、シートブロックの外周面とバルブ本体の弁室
内周面（空洞壁）との間に円環状の流出側開口（シート
ブロックの外周面と本体の壁との隙間で形成される）を
形成しており、この円環状の流出側開口はバルブ本体に
設けられた流出側通路に直接連絡している。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の流量制御装置用バルブの
一実施例をマスフローコントローラと共に図１に示して
いる。図２は図１のＡ部詳細図である。

【００１６】ここで、１はセンサー部で主流路から分岐
した細い導管の上流側と下流側に電熱線コイルが巻かれ
ていて、ガスの流量を計測するようになっている。２は
バルブ部で弁室５を覆っている金属ダイアフラム５１
（Ni-Co 合金製）の上部に弁棒５２、その上にブリッジ
部材を介して鋼球５３と積層圧電体２１が設けられてい
て、積層圧電体２１の伸び縮みに応じて、金属ダイアフ
ラム５１が上下動させられる。３はブロック状の金属製
バルブ本体で、その弁室である空洞３１内にシートブロ
ック４が嵌入組み立てられている。

【００１７】ブロック状のバルブ本体３は、ステンレス
鋼等からなり端部に流入口３２と流出口３４を持ってお
り、空洞３１と流入口３２を結んでいる流入側通路３３
と、空洞３１と流出口３４を結んでいる流出側通路３５
とが、この図では水平に直線的に設けられている。流入
側通路３３内には、センサー部１の細い導管と分岐した
流路に前記細い導管と同じ導管を所定数詰めたバイパス
３３１が設けられていて、センサー部の細い導管内を流
れるガスとバイパス３３１を流れるガスの流量が所定の
比率になるようになっている。

【００１８】シートブロック４の金属ダイアフラム５１
に臨んでいる面に流入側通路の開口４１が設けられてい
て、この開口４１から前記の水平に設けられた流入側通
路３３とを連絡している流入側通路４３が設けられてい
る。また、開口４１の周囲はシート部材４２（シート
面）を形成している。シートブロック４の外周面４５と
空洞３１の内周面３６との間に前記の開口４１と同心円
状に流出側開口４４を形成しており、この流出側開口４
４は流出側通路３５に届くところまで下方に延びて設け
られている。尚、シートブロック４は、ステンレス鋼等
の金属製あるいは比較的硬質の樹脂製とすることがで
き、弁室の空洞３１内に嵌入装着して組み付けられてい
る。

【００１９】流出側通路３５は、前に述べたように、流
入側通路３３と水平にブロック状のバルブ本体内に設け
られているので、シートブロック４の上部に設けられた
シート部材４２から離れた位置にある。このために、流
出側通路３５への口は、空洞３１の内周面３６に直接開
けることができて、流出側開口４４の壁に直接開けられ
たことになる。この流出側通路３５への口は、シート部
材４２および金属ダイアフラム５１から離れた位置にあ
る。そのために、円環状をしたシート部材４２の位置に
よってガスの流速が変化するということがない。

【００２０】制御されるべきガスは、流入口３２から水
平の流入側通路３３に入り、その一部がセンサー部１に
分岐して流れて流量の測定が行われる。その後、シート
ブロック４に開けられた流入側通路４３を経由して開口
４１に達する。一方、制御回路部からの信号を受けて積
層圧電体２１は伸縮して金属ダイアフラム５１の弾性力
に抗して、金属ダイアフラム５１をシート部材４２に当
接あるいは乖離させて、シート部材４２と金属ダイアフ
ラム５１との間隙を調整して設定した流量にする。次ぎ
にガスは開口４１から金属ダイアフラム５１とシート部
材４２の間隙を通って流出側開口４４に達し、シート部
材からの距離は離れているが直接これに連なっている流
出側通路３５を通って流出口３４に達する。

【００２１】本発明では、シート部材４２から離れた位
置に流出側通路３５を設けてあるので、開口４１から流
出側開口４４にガスが流れるときに、従来のように流出
側通路に近い部分のシート部材と金属ダイアフラムの間
隙だけを流れるのではなく、シート部材と金属ダイアフ
ラムの円環状の間隙すべてを通って流れるので、従来よ
りも１．３倍程度の量のガスを流すことができる。この
ように、シート部材と金属ダイアフラムの円環状の間隙
すべてを流れるようにするには、シート部材から流出側
通路３５までの距離Ｌが、シート部材４２の直径ｄの
１．５倍以上、好ましくは２〜３倍離れていると効果が
ある。また、流出側開口４４の厚さＣ（シートブロック
の外周面と空洞の内周面との距離）が薄くて、流出側通
路３５の直径よりも小さく、望ましくはその１／２〜１
／１５になると、さらに流出側通路３５の位置による影
響を受けずに流量を確保することが出来る。しかも、こ
のように流出側開口４４の厚さＣを薄くすることができ
るので、バルブ本体に開ける空洞３１の直径を小さくす
ることができて、それに伴い使用する金属ダイアフラム
５１の直径を小さくすることができる。よって、バルブ
の面間寸法を小さくすることができる。

【００２２】また、流出側開口４４の厚さＣを薄くする
ことに伴い、流入側通路４３の開口４１とその周りのシ
ート部材４２を大きくすることができる。すなわちシー
ト部材４２を大きくするということは、金属ダイアフラ
ム５１との空隙面積を広くすることができるので流量を
多くすることができる。例えば、弁室の直径が１８ｍｍ
の場合、従来シート部材の径が５．６ｍｍであったもの
を、本発明では流出側開口の厚さを１ｍｍとすることが
できるのでシート部材の径を１６ｍｍとすることがで
き、１６／５．６＝約２．９倍とすることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では流体の
流れを大きく且つ均一に流すことが出来るとともに弁室
内の流出側開口を薄くすることができるので、同じ面間
寸法でも流量を多くすることができ、流量制御装置用バ
ルブの大流量化およびコンパクト化を図ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量制御装置用バルブの一実施例をマ
スフローコントローラと共に示す一部断面図である。

【図２】図１のＡ部の詳細図である。

【図３】従来の流量制御装置用バルブの一例をマスフロ
ーコントローラと共に示す一部断面図である。

【符号の説明】

１センサー部２バルブ部２１積層圧電体３バルブ本体３１空洞３２流入口３３流入側通路３３１バイパス３４流出口３５流出側通路４シートブロック４１流入側通路の開口４２シート部材４３流入側通路４４流出側開口５弁室５１金属ダイアフラム５２弁棒５３鋼球

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流入側通路と流出側通路との間を開閉す
るための弁を内部に持った弁室と、この弁室内に設けら
れており、弁が乖離と当接をすることで開閉を行うため
のシート部材と、前記シート部材のシート面から離れて
設けられた流出側通路と、前記シート部材の外周と弁室
の内周との間に設けられており流出側通路まで延びてい
る円環状の流出側開口を有することを特徴とする流量制
御装置用バルブ。
【請求項２】流出側通路がシート部材のシート面から
シート部材の直径の１．５倍以上離れていることを特徴
とする請求項１記載の流量制御装置用バルブ。
【請求項３】円環状の流出側開口の厚さが流出側通路
の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２
記載の流量制御装置用バルブ。
【請求項４】前記弁は、前記シート部材のシート面と
当接する部分の外側に弾性変形部分を備えており、前記
シート部材のシート面に直接乖離と当接をする金属製ダ
イアフラム弁体であることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の流量制御装置用バルブ。