JPWO2009037724A1 - 小型流量制御弁 - Google Patents

Abstract

半導体製造設備や化学品製造設備等の圧力式流量制御装置に適用される小型流量制御弁であって、コストの低減が図れると共に、構造を簡単化してコンパクトに形成でき、それでいて高精度の作動が行なえる様にする。流入路７と流出路８が左右に離間して形成されて流入路７側又は流出路８側に弁座９を備えた弁箱２と、弁箱２に設けられて左右方向に移動可能な可動体３と、可動体３に設けられて弁座９に当離座し得る弁体４と、弁箱２と可動体３との間に設けられて可動体３の左右方向の移動を許容すると共に流入路７と流出路８を連通し得る伸縮可能な伸縮筒体５と、弁箱２に設けられて可動体３を移動させる為のアクチュエータ６とで構成する。

Description

本発明は、例えば半導体製造設備や化学品製造設備等の圧力式流量制御装置に適用される小型流量制御弁の改良に関する。

近年、半導体製造設備や化学品製造設備等では、マスフローコントローラに代えて圧力式流量制御装置が広く活用されて居り、これには、例えば特許文献１に記載された圧電素子駆動式金属ダイヤフラム型制御弁が適用されている。

特開２００４−１９７７５４号公報

ところが、この様なものは、圧電素子と変位拡大機構を用いているので、耐久性に富んで高速且つ高精度の作動が行えるものの、コストが高く付くと共に、構造が複雑で且つ嵩高であった。

本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、コストの低減が図れると共に、構造を簡単化してコンパクトに形成でき、それでいて高精度の作動が行なえる様にした小型流量制御弁を提供するにある。

本発明の小型流量制御弁は、基本的には、流入路と流出路が左右に離間して形成されて流入路側又は流出路側に弁座を備えた弁箱と、弁箱に設けられて左右方向に移動可能な可動体と、可動体に設けられて弁座に当離座し得る弁体と、弁箱と可動体との間に設けられて可動体の左右方向の移動を許容すると共に流入路と流出路を連通し得る伸縮可能な伸縮筒体と、弁箱に設けられて可動体を移動させる為のアクチュエータと、から構成した事に特徴が存する。

アクチュエータが駆動されると、可動体が左右方向へ移動されて弁体が弁座に当離座される。弁体が弁座に当座されると、所謂閉弁されて流入路から流出路への流体の通流が遮断される。弁体が弁座から離座されると、所謂開弁されて流入路から流出路への流体の通流が許容されると共に、弁体の開度位置に依り流量が制御される。
この時、伸縮筒体が軸方向に伸縮するので、可動体の移動が許容されると共に、流入路から流出路までの連通状態が確保されて流体の漏洩が阻止される。

伸縮筒体は、可動体を挟んで左右両側に設けられた一対のベローズにされているのが好ましい。この様にすれば、可動体を移動可能にできると共に、シールが簡単に行える。又、ベローズは、弾性を備えているので、可動体を原位置に自己復帰させることが出来るため、専用の弾性体を別途設け無くても良い。もしくは、弁体が弁座に当座している時に、より確実にシールをするように、可動体と入口体との間もしくは可動体と出口体との間に補助のバネ（図省略）を設けても良い。

アクチュエータは、弁箱に設けられて螺子構造に依りシャフトが回転しながら推進するリニアステッピングモータと、弁箱に設けられてリニアステッピングモータのシャフトの変位を可動体に拡大して伝達する搖動可能な梃子体とを備えているのが好ましい。この様にすれば、リニアステッピングモータを用いたので、回転運動を直線運動に直接変換できて高精度の位置決め制御が行えると共に、梃子体を用いたので、リニアステッピングモータの変位の分解能を増加させる事ができる。その結果、ストローク（変位）が小さいリニアステッピングモータを用いて、大流量の流体を制御する事ができる。

アクチュエータは、弁箱に設けられて螺子構造に依りシャフトが回転しながら推進するリニアステッピングモータと、弁箱に搖動可能に設けられてリニアステッピングモータのシャフトの変位を拡大して伝達する梃子体と、弁箱に左右方向に移動可能に設けられて梃子体の搖動運動を可動体の直線運動に変換して伝達する変換体とを備えているのが好ましい。この様にすれば、リニアステッピングモータを用いたので、回転運動を直線運動に直接変換できて高精度の位置決め制御が行えると共に、梃子体を用いたので、リニアステッピングモータの変位の分解能を増加させる事ができる。その結果、ストローク（変位）が小さいリニアステッピングモータを用いて、大流量の流体を制御する事ができる。加えて、とりわけ変換体を設けたので、梃子体の搖動運動を可動体の直線運動に適確に変換でき、アクチュエータのリニアステッピングモータの駆動力を弁体に円滑に伝達する事ができる。

本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） 流入路と流出路が左右に離間して形成されて流入路側又は流出路側に弁座を備えた弁箱と、弁箱に設けられて左右方向に移動可能な可動体と、可動体に設けられて弁座に当離座し得る弁体と、弁箱と可動体との間に設けられて可動体の左右方向の移動を許容すると共に流入路と流出路を連通し得る伸縮可能な伸縮筒体と、弁箱に設けられて可動体を移動させる為のアクチュエータとで構成したので、コストの低減が図れると共に、構造を簡単化してコンパクトに形成でき、それでいて高精度の作動が行なえる。

本発明の第一例に係る小型流量制御弁を示す閉弁状態の縦断正面図。 図１の側面図。 開弁状態を示す図１と同様図。 本発明の第二例に係る小型流量制御弁を示す閉弁状態の縦断正面図。 図４の側面図。 梃子体等を示す斜視図。 開弁状態を示す図４と同様図。

符号の説明

１…小型流量制御弁、２…弁箱、３…可動体、４…弁体、５…伸縮筒体、６…アクチュエータ、７…流入路、８…流出路、９…弁座、１０…入口体、１１…出口体、１２…連結体、１３…締結具、１４…貫孔、１５…段部、１６…透孔、１７…筒体、１８…弁子、１９…鍔部、２０…連通路、２１…ベローズ、２２…ベローズホルダ、２３…シール材、２４…シャフト、２５…リニアステッピングモータ、２６…梃子体、２７…ブラケット、２８…締結具、２９…水平軸、３０…変換体、３１…支持体、３２…側片、３３…上片、３４…貫孔、３５…側片、３６…連結片、３７…螺孔、３８…挿通孔、３９…取付孔、４０…側片、４１…上片、４２…取付片、４３…当合片、４４…長孔、４５…取付孔、４６…締結具。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第一例に係る小型流量制御弁を示す閉弁状態の縦断正面図。図２は、図１の側面図。図３は、開弁状態を示す図１と同様図である。

小型流量制御弁１は、弁箱２、可動体３、弁体４、伸縮筒体５、アクチュエータ６とからその主要部が構成されている。

弁箱２は、流入路７と流出路８が左右（図１に於て左右）に離間して形成されて流入路７側又は流出路８側に弁座９を備えたもので、この例では、流入路７と弁座９が形成された入口体１０と、流出路８が形成された出口体１１と、入口体１０と出口体１１を左右方向に所定距離だけ離間させて連結する為の連結体１２と、これらを連結固定するボルト等の締結具１３とを備えている。連結体１２は、入口体１０及び出口体１１の円周の等角度（１２０度）毎に複数（三つ）だけ設けられている。

可動体３は、弁箱２に設けられて左右方向に移動可能なもので、この例では、対称形の左右のものから成り、中程には、貫孔１４と段部１５が形成されていると共に、円周には、弁箱２の連結体１２に摺動可能に挿通される透孔１６が形成されている。透孔１６は、連結体１２に呼応して可動体３の円周の等角度（１２０度）毎に連結体１２と同数（三つ）だけ設けられている。

弁体４は、可動体３に設けられて弁座９に当離座し得るもので、この例では、筒状を呈して可動体３の貫孔１４に挿通される筒体１７と、これの左半内部に螺着されて弁箱２の弁座９に当離座される弁子１８と、筒体１７の右寄りに突設されて可動体３の段部１５に嵌合される鍔部１９と、筒体１７の右半内部に形成されて流入路７からの流体を流出路８へ導く為の連通路２０とを備えている。
而して、弁体４は、鍔部１９が両可動体３にて挾持される事に依り可動体３に支持されている。

伸縮筒体５は、弁箱２と可動体３との間に設けられて可動体３の左右方向の移動を許容すると共に流入路７と流出路８を連通し得る伸縮可能なもので、この例では、可動体３を挟んで左右両側に設けられて居り、蛇腹状のベローズ２１と、これの両端に固着された環状のベローズホルダ２２とを備えている。
両ベローズ２１の外側に位置するベローズホルダ２２は、ベローズ２１の弾性に依り夫々入口体１０と出口体１１に当合されて居り、流入路７及び流出路８と各ベローズ２１の内部とを連通している。
両ベローズ２１の内側に位置するベローズホルダ２２は、可動体３を兼用して居り、弁体４の筒体１７を挿通すると共に、鍔部１９を挾持すべく当合されている。
而して、前記の各当合箇所には、シール材２３が介在されて流体が外部へ漏洩しない様にシールされている。

アクチュエータ６は、弁箱２に設けられて可動体３を移動させる為のもので、この例では、弁箱２に設けられて螺子構造に依りシャフト２４が回転しながら推進するリニアステッピングモータ２５と、弁箱２に設けられてリニアステッピングモータ２５のシャフト２４の変位を可動体３に拡大して伝達する搖動可能な梃子体２６とを備えている。
リニアステッピングモータ２５は、弁箱２の入口体１０に前記締結具１３に依り固定されたブラケット２７にボルト等の締結具２８に依りシャフト２４の先端が下向きになる様に固定されて居り、例えば特公平７−２４４５９号公報に記載されたものが用いられる。
梃子体２６は、アクチュエータ６の変位を可動体３へ伝達する所謂伝達部品であり、略横Ｙ字状を呈し、右側上部が水平軸２９に依りブラケット２７に搖動可能に枢結されていると共に、左側上部がリニアステッピングモータ２５のシャフト２４の先端に当合され、右側下部が可動体３の左側に当合されている。

以上の構成に依り、小型流量制御弁１は、常時閉弁状態に保たれていると共に、アクチュエータ６の駆動に依り開弁される所謂常閉型にされている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
図１は、閉弁状態を示している。この場合、アクチュエータ６が駆動されていないと共に、可動体３が伸縮筒体５のベローズ２１の弾性に依り原位置に保たれて居り、弁体４が弁箱２の弁座９に当座されている。
この為、流入路７からの流体は、弁体４の当座に依り阻止されて居り、流出路８へ通流する事が叶わない。

図３は、開弁状態を示している。この場合、アクチュエータ６のリニアステッピングモータ２５が駆動されてそのシャフト２４が螺子構造に依り回転しながら下方へ推進されるので、梃子体２６が図３に於て反時計方向に搖動されて可動体３が右動され、弁体４が弁箱２の弁座９から離座される。
この為、流入路７からの流体は、弁箱２の弁座９と弁体４との間→左側の伸縮筒体５と弁体４との間→弁体４の連通路２０→右側の伸縮筒体５の内部を経て流出路８へ通流されると共に、弁体４の開度位置に依り流量が制御される。
この時、伸縮筒体５が伸縮するので、可動体３の移動が許容されると共に、流入路７から流出路８までの連通状態が確保されて流体の漏洩が阻止される。

伸縮筒体５は、可動体３を挟んで左右両側に設けられた一対のベローズ２１にされているので、可動体３を移動可能にできると共に、シールが簡単に行える。伸縮筒体５のベローズ２１は、弾性を備えているので、可動体３を原位置に自己復帰させる事ができ、専用の弾性体を別途設ける必要がない。

アクチュエータ６は、螺子構造に依りシャフト２４が回転しながら推進するリニアステッピングモータ２５を用いているので、回転運動を直線運動に直接変換できて高精度の位置決め制御が行える。
アクチュエータ６は、リニアステッピングモータ２５のシャフト２４の変位を可動体３に拡大して伝達する搖動可能な梃子体２６を用いているので、リニアステッピングモータ２５の変位の分解能を増加させる事ができる。

連結体１２は、可動体３を左右方向に案内するガイドとして兼用させている。可動体３は、伸縮筒体５のベローズホルダ２２として兼用させている。伸縮筒体５のベローズ２１は、ベローズホルダ２２を夫々対向するものに当合させて保持する保持手段と、可動体３を原位置に復帰させる復帰用弾性体として兼用させている。従って、小型流量制御弁１としては、多くの部分を兼用しているので、構造が大幅に簡略化され、コストの低減を図る事ができると共に、コンパクトに形成できる。

次に、本発明の第二例を、図４乃至図７に基づいて説明する。
図４は、本発明の第二例に係る小型流量制御弁を示す閉弁状態の縦断正面図。図５は、図４の側面図。図６は、梃子体等を示す斜視図。図７は、開弁状態を示す図４と同様図である。

第二例は、主として、アクチュエータ６を第一例とは異ならせたものである。
つまり、アクチュエータ６は、弁箱２に設けられて螺子構造に依りシャフト２４が回転しながら推進するリニアステッピングモータ２５と、弁箱２に搖動可能に設けられてリニアステッピングモータ２５のシャフト２４の変位を拡大して伝達する梃子体２６と、弁箱２に左右方向に移動可能に設けられて梃子体２６の搖動運動を可動体３の直線運動に変換して伝達する変換体３０とを備えている。

弁箱２の出口体１１には、支持体３１が前記締結具１３に依り着脱可能に取付けられて居り、この支持体３１に対して梃子体２６が前後方向（図５に於て左右方向）の水平軸２９に依り俯仰可能に設けられていると共に、支持体３１に対して変換体３０が左右方向に移動可能に設けられている。水平軸２９は、この例では、一対のボルトにしてある。

具体的には、梃子体２６は、側面略倒立Ｌ型を呈する前後一対の側片３２と、これらの上端同士を連結する上片３３と、各側片３２の右方下部に穿設されて水平軸２９が挿通される貫孔３４とを備えて居り、支持体３１の内側に位置される。
支持体３１は、側面略縦長の長方形状を呈する前後一対の側片３５と、これらの右端同士を連結する連結片３６と、各側片３５の上方左部に螺設されて水平軸（ボルト）２９が螺合される螺孔３７と、連結片３６に穿設されて弁箱２の出口体１１の一部が挿通される単一の挿通孔３８と、これの周囲に穿設されて前記締結具１３を挿通する為の適数（三つ）の取付孔３９とを備えている。
変換体３０は、側面略Ｌ型を呈する前後一対の側片４０と、これらの右側上部同志を連結する上片４１と、両側片４０の左端を内側に折り曲げて形成されて可動体３の左側に位置される取付片４２と、両側片４０の右端下半を外側に折り曲げて形成されて梃子体２６の側片３２の後端が当合される当合片４３と、各側片４０の右側上部に穿設されて水平軸２９が挿通される左右方向に長尺な長孔４４と、取付片４２に穿設された取付孔４５とを備えて居り、梃子体２６の内側に位置される。取付孔４５には、ボルト等の締結具４６が挿通されて取付片４２が可動体３に取付けられる。

又、第二例は、弁体４も第一例とは異なっている。
つまり、弁体４の弁子１８は、筒体１７の左部に嵌着されている。

次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
図４及び図５は、閉弁状態を示している。この場合、アクチュエータ６のリニアステッピングモータ２５が駆動されていないと共に、可動体３が伸縮筒体５のベローズ２１の弾性に依り原位置に保たれて居り、弁体４が弁箱２の弁座９に当座されている。
この為、流入路７からの流体は、弁体４の当座に依り阻止されて居り、流出路８へ通流する事が叶わない。

図７は、開弁状態を示している。この場合、アクチュエータ６のリニアステッピングモータ２５が駆動されてそのシャフト２４が螺子構造に依り回転しながら下方へ推進されるので、梃子体２６が水平軸２９を中心に図７に於て反時計方向に搖動される。そうすると、梃子体２６の側片３２に依り変換体３０の当合片４３が図７に於て右方向へ押されて変換体３０及び可動体３が右動され、弁体４が弁箱２の弁座９から離座される。
この為、流入路７からの流体は、弁箱２の弁座９と弁体４との間→左側の伸縮筒体５と弁体４との間→弁体４の連通路２０→右側の伸縮筒体５の内部を経て流出路８へ通流されると共に、弁体４の開度位置に依り流量が制御される。
この時、伸縮筒体５が伸縮するので、可動体３の移動が許容されると共に、流入路７から流出路８までの連通状態が確保されて流体の漏洩が阻止される。

アクチュエータ６を、リニアステッピングモータ２５と梃子体２６と変換体３０とで構成し、とりわけ水平軸２９と長孔４４に依り左右方向に移動可能な変換体３０を設けたので、梃子体２６の搖動運動を可動体３の直線運動に適確に変換でき、アクチュエータ６のリニアステッピングモータ２５の駆動力を弁体４に円滑に伝達する事ができる。

尚、伸縮筒体５は、先の例では、ベローズ２１であったが、これに限らず、例えばシリンダ形式でも良い。
伸縮筒体５は、先の例では、左右一対のものであったが、これに限らず、例えば単一のものでも良い。
アクチュエータ６は、先の例では、リニアステッピングモータ２５を用いたが、これに限らず、例えば他のモータやシリンダ等を用いても良い。
伝達部品は、先の例では、梃子体２６を用いたが、これに限らず、例えば楔等を利用しても良い。

Claims (4)

1. 流入路と流出路が左右に離間して形成されて流入路側又は流出路側に弁座を備えた弁箱と、弁箱に設けられて左右方向に移動可能な可動体と、可動体に設けられて弁座に当離座し得る弁体と、弁箱と可動体との間に設けられて可動体の左右方向の移動を許容すると共に流入路と流出路を連通し得る伸縮可能な伸縮筒体と、弁箱に設けられて可動体を移動させる為のアクチュエータと、から構成した事を特徴とする小型流量制御弁。
2. 伸縮筒体は、可動体を挟んで左右両側に設けられた一対のベローズにされている請求項１に記載の小型流量制御弁。
3. アクチュエータは、弁箱に設けられて螺子構造に依りシャフトが回転しながら推進するリニアステッピングモータと、弁箱に設けられてリニアステッピングモータのシャフトの変位を可動体に拡大して伝達する搖動可能な梃子体とを備えている請求項１に記載の小型流量制御弁。
4. アクチュエータは、弁箱に設けられて螺子構造に依りシャフトが回転しながら推進するリニアステッピングモータと、弁箱に搖動可能に設けられてリニアステッピングモータのシャフトの変位を拡大して伝達する梃子体と、弁箱に左右方向に移動可能に設けられて梃子体の搖動運動を可動体の直線運動に変換して伝達する変換体とを備えている請求項１に記載の小型流量制御弁。

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