JPS63140179A - 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、気体あるいは液体などの各種の流体の微少流
量制御を行うための微少流量制御弁に関する。

〔従来の技術〕

かかる微少流量制御弁としては、従来から種々の構成の
ものが提案されているが、第７図に示すようなニードル
弁タイプのものが最も一船的に実用に供されてきた。

即ち、この従来構成の微少流量制御弁は、基体ａにおけ
る流体流入路すと流体流出路Ｃとに連通ずる弁室ｄを形
成すると共に、その流体流入路すと弁室ｄとの間に、該
流体流入Ｂｂ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、その流入用微小孔０に対して抜き
差し駆動可能なニードル弁体ｇを設け、そして、そのニ
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、前記流入用微小孔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、この弁を通過する流体流量の微少流量
制御を行えるように構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、最近になって、例えばＶＬＳ　Ｉ製造技術の
発展に伴って、ウェハー処理プロセス等において極めて
微量の流量制御を精度良く行え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、上記従来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の大
きさく径）は、それに対するニードル弁体ｇの機械加工
上の限界等による制約があるために、一定収上には小さ
くすることができず、また、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付けた（挿入した）範囲内
では、そのニードル弁体ｇの位置（駆動量）と流量との
関係の線型性が大きく崩れてしまうことから、精度良い
流量制御を行える流量範囲が比較的大きくならざるを得
す、従って、かかる従来構成の微少流量制御弁では前述
した最近の高度な要求には応えることができない。

そこで、この微少流量制御弁の限界を越えるより−Ｎ微
少な流量制御を行う必要がある場合には、同一の流体流
路に複数個（例えば２個）の微少流量制御弁を直列に設
けて、２段階の流量制御を行うことが考えられているが
、その場合には、装置全体の大型化・複雑化・コスト高
や応答性の悪化等を招くのみならず、所望の流量側ン１
を行うための操作も非常に複雑かつ困難になり、特に、
自動流量制御システムを構築する上で極めて不利である
。

本発明は、上記従来実情に鑑みて鋭意研究の結果なされ
たものであって、その目的は、比較的シンプルでコンパ
クトかつ安価に構成できるひとつの微少流量制御弁であ
りながら、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、精度および応答性に優れ、かつ、制
御操作も容易に行える全く新規な構成の微少流量制御弁
を開発提供せんとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による微少流量制御
弁は、第１図（イ）の基本的構成図（クレーム対応図）
に示しているように、弁室Ｓへの流入用微小孔１ａを備
えた第１弁座部ＩＡと、その流入用微小孔１ａにおける
流動抵抗を調節するための第１弁体部２Ａと、前記弁室
Ｓからの流出用微小孔１ｂを備えた第２弁座部ＩＢと、
その流出用微小孔１ｂにおける流動抵抗を調節するため
の第２弁体部２Ｂとを設けると共に、前記第１弁体部２
Ａと第２弁体部２Ｂとをひとつのアクチュエータ部Ｃに
よって同時に駆動調節可能に構成してある、という特徴
を備えている。

〔作用〕

かかる特徴構成故に発揮される作用は次の通りである。

即ち、上記本発明に係る微少流量制御弁においては、ひ
とつの微少流量制御弁でありながら、流入用微小孔１ａ
を備えた第１弁座部ＩＡとそれに対する流動抵抗調節用
の第１弁体部２Ａとから成る微少流量制御部と、流出用
微小孔１ｂを備えた第２弁座部ＩＢとそれに対する流動
抵抗調節用の第２弁体部２Ｂとから成る微少流量制御部
とを設けであるから、つまり、流体流入部と流体流出部
の両方に夫々微少流量制御部（可変オリフィス部）を設
けであるから、前述した従来構成の微少流量制御弁に比
べて格段に（略々１／２の）微少な流量範囲において、
精度および応答性良く流量制御を行うことができ、しか
も、前記第１弁体部２人と第２弁体部２Ｂとをひとつの
アクチェエータ部Ｃによって同時に駆動調節可能に構成
してあるから、例えば従来構成の微少流量制御弁を同一
の流体流路に２個直列に設ける場合に比べて、装置全体
をはるかにシンプルでコンパクトかつ安価に構成できる
と共に、所望の流量制御を行うための操作も非常に単純
かつ容易であり、自動流量制御システムを構築する上で
極めて有利である。

ところで、上記本発明に係る微少流量制御弁の概念は、
前記第１図（イ）に示しているものに限定されるもので
は無く、例えば第１図（ロ）および第１図（ハ）に示し
たような変形態様をも包含するものである。

即ち、前記第１図（イ）では、従来構成の微少流量制御
弁におけると同様に、流入用微小孔１ａを備えた第１弁
座部ＩＡとそれに対する流動抵抗調節用の第１弁体部２
Ａとから成る微少流量制御部と、流出用微小孔１ｂを備
えた第２弁座部ＩＢとそれに対する流動抵抗調節用の第
２弁体部２Ｂとから成る微少流量制御部とを、夫々、ニ
ードル弁タイプに構成したものを示しているのに対して
、第１図（ロ）に示した微少流量制御弁では、前記第１
弁座部ＩＡおよび第２弁座部ＩＢにおける前記弁室Ｓに
臨む面を夫々平滑平面に形成すると共に、前記第１弁体
部２Ａおよび第２弁体部２Ｂにおける前記弁室Ｓに臨む
面を、夫々、前記第１弁座部ＬＡおよび第２弁座部ＩＢ
における前記平滑平面に対応する平滑平面に形成した、
言わば対向平面タイプの微少流量制御方式を採用してい
る。

この場合には、ニードル弁タイプのものに比べて、各弁
座ＩＡ、ＩＢおよび弁体２Ａ、２Ｂをよりシンプルかつ
コンパクトに、かつ、非常に容易に製作できるばかりで
なく、前記流入用微小孔１ａおよび流出用微小孔１ｂの
大きさく径）を格段に小さくできる（穿孔技術限界まで
小径にできる）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ＩＡ（ＩＢ）と弁体
２Ａ（２Ｂ）の間の距離（弁体２Ａ、２Ｂの駆動量）と
流量との関係の線型性がより微少流量の範囲まで良好に
保持され得るため、より一層微少な流量範囲まで精度良
く制御することができ、また、弁体２Ａ、２Ｂの駆動量
も小さくて済むため、アクチュエータ部Ｃの小型化およ
び駆動方式選定等に関する設計の自由変向上等の上で非
常に有利である。

また、第１図（ハ）に示した微少流量制御弁では、上記
第１図（ワ）に示したものにおける第１弁座部１Ａと第
２弁座部ＩＢとを、前記流入用微小孔１ａおよび流出用
微小孔１ｂをひとつの弁座部材１に形成することにより
、一体連結構成とすると共に、第１弁体部２Ａと第２弁
体部２Ｂとをもひとつの弁体部材２による一体連結構成
としたものである。この場合には、より一層の構造のシ
ンプル化およびコンパクト化が可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の各種具体的実施例を図面（第２図ないし
第６図）に基いて説明する。

第２図および第３図は第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、図において、Ｂ
は図における左右側面視および上下平面視も四辺形をな
す（全体として略直方体の）基体であって、その内部に
は断面が円形の流体流入路１および流体流出路０が形成
されており（以下、特にことわらない限り、全ての流体
流路の断面は円形とする）、１は前記流体流入路Ｉと流
体流入路Ｏとに亘って固定用環状部材３により固定的に
介装されたひとつの弁座部材であり、２はその弁座部材
ｌとの間に密閉弁室Ｓを形成するように、かつ、その弁
座部材１に対して接近離間変位可能に設けられたひとつ
の弁体部材であって、複数個の圧縮スプリング部材４・
・・により常時開方向（弁座部材ｌから離間する方向）
に付勢されている。なお、前記弁座部材１および弁体部
材２における前記弁室Ｓを介して互いに対向する面（弁
室Ｓに臨む面）は共に鏡面加工により平滑な平面に形成
されている。また、Ｃは、前記弁体部材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
するためのひとつのアクチュエータ部であり、基体Ｂの
一側面（この例では上面）に固定的に取り付けられてい
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、および
、その弁室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が形成されている。なお
、これら流入用微小孔１ａおよび流出用微小孔１ｂは、
弁座部材ｌの前記弁室Ｓに臨む平滑平面側に形成される
ものであるが、その大きさく径）を穿孔技術限界（２０
〜５０μｍ程度）まで小径にできるように、その平滑平
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！および流体流出路Ｏに連通ずる予備流路１ｃ
、ｌｄを機械的穿孔手段により予め穿設しておいた上で
、例えばレーザー加工あるいは電解加工等の微小穿孔技
術を用いて穿設される。

また、前記弁体部材２の前記弁室Ｓに臨む平滑平面は、
前記弁座部材１の流入用微小孔１ａおよび流出用微小孔
１ｂ夫々における流動抵抗を調節するための第１弁体部
２Ａおよび第２弁体部２Ｂとを併せ備えているものであ
り、これら第１弁体部２Ａおよび第２弁体部２Ｂは、前
記アクチュエータ部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部Ｃは、この例では、大きな押圧力
が得られると共に耐久性、連応性、直線性等にもに優れ
た特性を有するビニシスタンクの歪力を利用した方式の
ものに構成されており、前記基体Ｂに立設固定された筒
体５と、その筒体５の基体Ｂ側端部に固定的に設けられ
、前記弁体部材２の平滑平面とは反対側の面（背面）側
に接当するダイヤフラム６と、その筒体５の内部に設け
られ、押圧部材７を介してそのダイヤフラム６を押圧駆
動するピエゾスタック８と、そのピエゾスタック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．制動用リングナツト１１等で構成されている。

なお、８ｅ、８ｆは、後述する前記ピエゾスタック８に
対する制御用の電圧印加リード線であって、前記スライ
ド部材９に設けられたコネクタ１２を介して導出されて
いなお、図中、Ｒ・・・は夫々シール用０リングを示し
、この例では腐食やパーティクルの発生を極力防止でき
るように、ステンレス類のものが用いられている。

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−構成例について簡単に説明す
れば、第３図に示すように、上下両面にメッキが施され
た直径ｌＯ〜５０開。

厚さ０．１〜０１５ｍｍの多数（’１００〜２００枚）
の圧電素子８ａ・・・と、導電性に優れ０．０５〜０．
２ｍｍの厚さく直径は圧電素子８ａ・・・と略同じ）を
有する多数の金属薄板８ｂ・・・とを、一枚ずつ交互に
積層し、各金属薄板８ｂ・・・を図示の如くひとつおき
に正極り−ド８Ｃ・・・および負極リード８ｄ・・・に
よって接続し、それら正極リード８ｃ・・・および９極
リード８ｄ・・・に対して、制御用の電圧印加リード線
８ｅ、８ｆを接続したものである。

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ＤＣ５００Ｖ程度の印加電圧で６０〜１００μｍ
程度）を発生する。従って、このピエゾスタック８の歪
力により、前記押圧部材７およびダイヤフラム６を介し
て、前記弁体部材２がスプリング部材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閉方向に
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鴇のである。

第４図は上記第１実施例の変形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、この場合には、
弁座部材１に対する前記固定用環状部材３の代わりに固
定用環状ネジ蓋体１３を設け、また、前記開方向付勢用
の圧縮スプリング部材４・・・の代わりに、その固定用
環状ネジ蓋体１３に支持された閉方向付勢用の圧縮スプ
リング部材１４を設けて、弁体部材１をその圧縮スプリ
ング部材１４により常時閉方向（弁座部材１に接近する
方向）に付勢するように構成すると共に、弁体部材２の
背面とダイヤフラム６との間に更なる押圧ロッド１５を
介装して、アクチュエータ部Ｃによりその弁体部材２を
開方向（弁座部材１から離間する方向）に変位させるべ
く押圧駆動させるように構成したものである。その他の
構成は上記第１実施例のものと基本的に同様であるから
、同し機能を有する部材には同じ参照符号を付すること
により、その説明は省略する。

第５図は第２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１ｂを備え
た第２弁座部ＩＢとの間に、更に、前記弁室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（この例では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、それら３つの空間内に、第１弁
座部ＩＡの流入用微小孔１ａおよびそれに近い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１
ｂおよびそれに近いＵ字状流路１６の流入側微小孔１６
ｂ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
および第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、なお一層微少な流量範囲（この
例では従来構成の微少流量制御弁の場合の略々１／６）
において、精度および応答性良く流量制御を行うことが
できるようにしたものである。その他の構成は上記第１
実施例のものと基本的に同様であるから、同じ機能を有
する部材には同し参照符号を付することにより、その説
明は省略する。

第６図は上記第２実施例の変形例に微少流量制御弁を示
し、この場合には、第１弁座部ＩＡの１湾入用徽小孔１
ａと、両Ｕ字状流路１６の流出側微小孔１６ａ、１６ａ
および流入側微小孔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、ひとつの弁体部材２で８周節す
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２実施例に
おける壁部材１７に代えて、弁座部材ｌと弁体部材２と
の間に、比較的薄い弾性体から成る仕切り部材１８を介
装してある。なお、この弾性仕切り部材１８は、弁体部
材２を常時開方向（弁座部材１から離間する方向）に付
勢する機能をも発揮し得るので、前記第１実施例のもの
における開方向付勢用圧縮スプリング部材４・・・は省
略することができる。その他の構成は上記第２実施例の
ものと基本的に同様であるから、同し機能を有する部材
には同じ参照符号を付することにより、その説明は省略
する。

なお、これら第５図および第６図に示した第２実施例と
その変形例に係る微少流量制御弁についても、前記第３
図に示した第１実施例の変形例と同様に、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言うまでもな
い。

また、前記各実施例においては、アクチュエータ部Ｃを
構成するに、ビニシスタンクの歪力を利用した方式のも
のを示したが、そ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差支え無い。

〔発明の効果〕

以上詳述したところから明らかなように、本発明に係る
微少流量制御弁によれば、弁室への流入用微小孔を備え
た第１弁座部と、その流入用微小孔における流動抵抗を
調節するための第１弁体部と、前記弁室からの流出用微
小孔を備えた第２弁座部と、その流出用微小孔における
流動抵抗を調節するための第２弁体部とを設けることに
より、ひとつの微少流量制御弁でありながら、その流体
流入部と流体流出部の両方に夫々微少流量制御部（可変
オリフィス部）を形成することができて、従来構成の微
少流量制御弁に比べて格段に微少な流量範囲において、
精度および応答性良く流量制御を行うことができるよう
になり、しかも、前記第１弁体部と第２弁体部とをひと
つのアクチュエータ部によって同時に駆動調節可能に構
成したことにより、例えば従来構成の微少流量制御弁を
同一の流体流路に２個直列に設ける場合に比べて、装置
全体をはるかにシンプルでコンパクトかつ安価に構成で
きると共に、所望の流量制御を行うための操作も非常に
単純かつ容易である、という優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は本発明の基本的概念を説明するための一
部断面概略正面図（クレーム対応図）であり、そして、
第１図（ロ）および第１図（ハ）は夫々その各種実施態
様を説明するための一部断面概略正面図である。 また、第２図ないし第６図は本発明に係る各種具体的実
施例を示し、第２図は第１実施例の一部断面正面図、第
３図はその要部の分解斜視図、第４回は前記第１実施例
の変形例の一部断面正面図、第５図は第２実施例の一部
断面正面図、そして、第６図はその第２実施例の変形例
の一部断面正面図である。 更に、第７図は、本発明の技術的背景ならびに従来技術
の問題点を説明するためのものであって、従来構成の微
少流量制御弁構成の一部断面正面図を示している。 Ｓ・・・・・・・・・弁室、 １ａ・・・・・・流入用微小孔、 ＩＡ・・・・・・第１弁座部、 ２Ａ・・・・・・第１弁体部、 ■ｂ・・・・・・流出用微小孔、 １Ｂ・・・・・・第２弁座部、 ２Ｂ・・・・・・第２弁体部、 Ｃ・・・・・・・・・アクチュエータ部、１・・・・・
・・・・弁座部材、 ２・・・・・・・・・弁体部材。 出願人　株式会社　エ　ス　テ　フ　り代理人　弁理士
　　蒔　本　英　　火 弟１図 Ｓ・・・・・・・弁室、　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（イ）（成人）（入切 （？Ｌλ）　（三九モ）　　　　　　　　　　　　　（
流入〕（５尺供）第２図 第３図 ８ｅ ｆ 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕弁室への流入用微小孔を備えた第１弁座部と、そ
   の流入用微小孔における流動抵抗を調節するための第１
   弁体部と、前記弁室からの流出用微小孔を備えた第２弁
   座部と、その流出用微小孔における流動抵抗を調節する
   ための第２弁体部とを設けると共に、前記第１弁体部と
   第２弁体部とをひとつのアクチュエータ部によって同時
   に駆動調節可能に構成してあることを特徴とする微少流
   量制御弁。 〔２〕前記第１弁座部および第２弁座部における前記弁
   室に臨む面を夫々平滑平面に形成すると共に、前記第１
   弁体部および第２弁体部における前記弁室に臨む面を、
   夫々、前記第１弁座部および第２弁座部における前記平
   滑平面に対応する平滑平面に形成してある特許請求の範
   囲第〔１〕項に記載の微少流量制御弁。 〔３〕前記流人用微小孔および流出用微小孔をひとつの
   弁座部材に形成することによって、前記第１弁座部と第
   ２弁座部とをその弁座部材による一体連結構成としてあ
   る特許請求の範囲第〔１〕項または第〔２〕項に記載の
   微少流量制御弁。 〔４〕前記第１弁体部と第２弁体部とをひとつの弁体部
   材による一体連結構成としてある特許請求の範囲第〔１
   〕項ないし第〔３〕項の何れかに記載の微少流量制御弁
   。 〔５〕前記アクチュエータ部はピエゾスタックの歪力を
   利用したものである特許請求の範囲第〔１〕項ないし第
   〔４〕項の何れかに記載の微少流量制御弁。