WO2023233934A1 - 流体制御弁、流体制御装置、及び、オリフィスの製造方法 - Google Patents

流体制御弁、流体制御装置、及び、オリフィスの製造方法 Download PDF

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WO2023233934A1
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WO
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orifice
fluid control
valve seat
flow path
seat surface
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PCT/JP2023/017371
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英顕 宮本
直也 田坂
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株式会社堀場エステック
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    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/16—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam

Definitions

  • the present invention relates to a fluid control valve, a fluid control device using the fluid control valve, and a method for manufacturing an orifice used in the fluid control valve.
  • Patent Document 1 Conventionally, a large flow rate has been desired for fluid control valves, and as shown in Patent Document 1, for example, improvements have been made to the structure of a valve seat member (orifice) having a valve seat surface.
  • annular groove in which a plurality of inflow ports are formed and an annular groove in which a plurality of outflow ports are formed are alternately formed concentrically on the valve seat surface of the valve seat member. are doing.
  • a plurality of inlets and a plurality of outlet ports are formed in the valve seat member, and grooves in which inlets are formed and grooves in which outlet ports are formed are alternately formed. It is possible to reduce the pressure loss from the inlet to the plurality of outlets and allow a large flow of fluid to flow.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main objective is to increase the flow rate of a fluid control valve without increasing the size of the orifice or actuator.
  • the fluid control valve according to the present invention includes an orifice having a valve seat surface, and a valve body having a seating surface that seats on the valve seat surface, and the orifice is arranged along the first direction on the valve seat surface. It has a plurality of inflow ports and a plurality of outflow ports that open at the same time, and the plurality of inflow ports and the plurality of outflow ports are arranged in a line in a second direction intersecting the first direction. do.
  • the plurality of inflow ports and the plurality of outflow ports that open along the first direction are arranged side by side in the second direction that intersects the first direction, so that the conventional concentric circle Compared to an orifice having a shaped groove, the interface between the inlet and the outlet can be made longer, reducing pressure loss and allowing a large flow of fluid to flow. As a result, it is possible to increase the flow rate of the fluid control valve without increasing the size of the orifice or actuator.
  • the plurality of inflow ports and the plurality of outflow ports are arranged alternately in the second direction.
  • the plurality of inflow ports and the plurality of outflow ports are arranged at one end on the outer periphery of the valve seat surface along the first direction. It is desirable that the groove be formed from one end to the other end.
  • the orifice includes a first internal flow path that opens to the valve seat surface and an opposing surface that opposes the valve seat surface, and a first internal flow path that opens to the valve seat surface and the opposing surface that opposes the valve seat surface. a second internal flow path that opens to an outer circumferential surface between the opposing surfaces, the first internal flow path communicating with either the inflow port or the outflow port; It is desirable that the flow path communicates with the other of the inlet and the outlet.
  • a plurality of second internal channels are formed corresponding to each of the plurality of inflow ports or the other of the plurality of outflow ports.
  • the second internal flow path can be formed into a shape along the first direction, that is, a shape extending in the uniaxial direction.
  • the second internal flow path is an outflow side (downstream side) flow path, the outflow direction of the fluid can be determined, and pressure loss can be reduced.
  • the second internal flow path it is desirable that it be formed to extend through the orifice along the first direction.
  • the first internal flow path includes a merging flow path that opens to the opposing surface, and a plurality of merging flow paths that branch from the merging flow path and open to the valve seat surface. It is desirable that each of the plurality of branch channels communicate with one of the plurality of inlets or the plurality of outlet ports. With this configuration, since the first internal flow path has the merging flow path, it is possible to reduce pressure loss when flowing a large flow rate.
  • the second internal flow path is formed within a side wall forming each of the plurality of branch flow paths.
  • a dead space may be formed around the valve seat surface.
  • the orifice has one or more openings at one end around the valve seat surface and the other end opening at the outer peripheral surface or the opposing surface. It is desirable to have an external internal flow path of .
  • the fluid control device includes the above-mentioned fluid control valve, a flow rate sensor that measures the flow rate of the flow path, and a control section that controls the fluid control valve based on the measured value of the flow rate sensor. It is characterized by being prepared.
  • the method for manufacturing an orifice according to the present invention is a method for manufacturing an orifice having a valve seat surface on which a valve body of a fluid control valve is seated, the orifice having an opening along the first direction in the valve seat surface of the orifice.
  • a plurality of inlets and a plurality of outlet ports are formed, and the plurality of inlets and the plurality of outlet ports are arranged alternately in a second direction intersecting the first direction.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a fluid control device according to an embodiment of the present invention. It is a partially enlarged sectional view showing an orifice and a valve body of the fluid control valve of the same embodiment. It is a perspective view of the orifice of the same embodiment. It is a top view of the orifice of the same embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the orifice of the same embodiment. They are (a) a schematic diagram showing the valve seat surface, (b) a schematic diagram showing the inflow port, and (c) a schematic diagram showing the outflow port of the orifice of the same embodiment. It is a simulation result showing the boundary surface length vs.
  • FIG. 7 is a perspective view of an orifice of a modified embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of an orifice of a modified embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB of an orifice according to a modified embodiment. It is a simulation result showing the opening degree-flow rate characteristic of the orifice of the modified embodiment (this example) and the conventional orifice (prior art example).
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a fluid control device according to a modified embodiment.
  • the fluid control device 100 of this embodiment is a so-called mass flow controller, and is used, for example, to control the flow rate of gas supplied to a chamber in which a semiconductor manufacturing process is performed. Note that the fluid control device 100 may control not only gas but also liquid.
  • the fluid control device 100 includes a flow path block 2 in which a flow path R is formed, a fluid control valve 3 for controlling gas in the flow path R, and a flow path block 2 in which a flow path R is formed.
  • the control unit 5 includes a flow rate sensor 4 that measures the flow rate of the flow rate, and a control unit 5 that controls the fluid control valve 3 based on the measured value measured by the flow rate sensor 4.
  • the flow path block 2 is formed with an accommodation recess 21 to which the fluid control valve 3 is attached.
  • This housing recess 21 is formed on one surface (the upper surface in FIG. 1) of the channel block 2.
  • an upstream flow path R1 is connected to the bottom surface of the accommodation recess 21, and a downstream flow path R2 is connected to the inner peripheral surface of the accommodation recess 21. That is, the flow path R formed in the flow path block 2 is divided by the accommodation recess 21 into an upstream flow path R1 and a downstream flow path R2.
  • a gas introduction port (not shown) is provided at the upstream end of the upstream flow path R1
  • a gas outlet port (not shown) is provided at the downstream end of the downstream flow path R2.
  • the fluid control valve 3 is a so-called normally open valve, and its opening degree is controlled by the applied voltage. Note that the fluid control valve 3 may be of a so-called normally closed type.
  • the fluid control valve 3 includes an orifice (valve seat member) 31 having a valve seat surface 31s, and a valve body 32 having a seating surface 32s that is seated on the valve seat surface 31s. , and a drive section 33 that drives the valve body 32.
  • an orifice (valve seat member) 31 having a valve seat surface 31s
  • a valve body 32 having a seating surface 32s that is seated on the valve seat surface 31s.
  • a drive section 33 that drives the valve body 32.
  • the orifice 31 is accommodated in the accommodation recess 21.
  • the orifice 31 has a valve seat surface 31s formed on its upper surface, and is accommodated in the accommodation recess 21 such that the valve seat surface 31s faces the upper opening side of the accommodation recess 21.
  • this orifice 31 has an inlet 31i and an outlet 31o formed on the valve seat surface 31s, and a first internal flow path 311 and a first internal channel 311 communicating with the inlet 31i and outlet 31o. Two internal channels 312 are formed.
  • the first internal flow path 311 is provided so as to surround the bottom opening of the accommodation recess 21 , and the lower surface of the orifice 31 is fitted with a metal O-ring on the bottom surface of the accommodation recess 21 . (See FIG. 1). That is, all the fluid flowing through the upstream flow path R1 flows into the first internal flow path 311 of the orifice 31. Other details of the orifice 31 will be described later.
  • the valve body 32 is formed integrally with a diaphragm member 34 provided to close the opening of the accommodation recess 21 of the flow path block 2.
  • the side periphery of the diaphragm member 34 is liquid-tightly fixed to the periphery of the upper opening of the housing recess 21 via a sealing member such as a metal O-ring.
  • the central portion of the diaphragm member 34 (that is, the lower surface of the valve body 32) is moved forward and backward with respect to the orifice 31 by the drive unit 33, and is seated or separated from the valve seat surface 31s of the orifice 31. It has a seating surface 32s on which to sit.
  • the drive unit 33 includes, for example, a piezo actuator 331 formed by laminating a plurality of piezo elements that expand and deform when a voltage is applied.
  • the piezo actuator 331 is housed in a casing 332, and an intermediate member 333, such as a true sphere, is provided at the tip thereof, and the intermediate member 333 presses the upper surface of the valve body 32.
  • the piezo actuator 331 When a predetermined voltage is applied to the piezo actuator 331, the piezo actuator 331 expands and urges the valve body 32 in the valve closing direction, so that the seating surface 32s is moved from the valve seat surface by a distance corresponding to the applied voltage. 31s, the valve reaches a predetermined opening degree, and when the seating surface 32s comes into contact with the valve seat surface 31s, the valve becomes fully closed. On the other hand, in a normal state in which no voltage is applied to the piezo actuator 331, the valve body 32 is fully opened due to the elastic return force of the diaphragm member 34.
  • the flow rate sensor 4 is, for example, a thermal type, and includes a flow divider element (fluid resistance) 41 provided in the flow path R, and a thin tube that branches from the upstream side of the flow divider element 41 and joins to the downstream side of the flow divider element 41. 42, two electric heating coils 43 that are wound around a thin tube 42 and to which a voltage is applied to each to maintain a constant temperature, and the voltage difference applied to each electric heating coil 43 is detected to flow through the flow path R. It has a flow rate calculation section 44 that calculates the flow rate of gas.
  • the flow rate sensor 4 is provided upstream or downstream of the fluid control valve 3 in the flow path R.
  • the control unit 5 controls the fluid control valve 3 based on the measured value (measured flow rate) measured by the flow rate sensor 4.
  • This control unit 5 is a computer equipped with a CPU, a memory, an A/D converter, a D/A converter, and various input/output means, and a fluid control program stored in the memory is executed, and the CPU and peripheral devices cooperate.
  • the fluid control valve 3 is controlled by the operation.
  • the control unit 5 controls the opening degree of the fluid control valve 3 based on the command flow rate input from the outside and the measured flow rate measured by the flow rate sensor 4. Specifically, the control unit 5 controls the opening degree of the fluid control valve 3 so that the deviation between the command flow rate and the measured flow rate becomes small.
  • the control unit 5 of this embodiment performs a PID calculation on the deviation between the command flow rate and the measured flow rate, and outputs a command voltage according to the result to the drive circuit of the drive unit 33.
  • the drive circuit applies a voltage corresponding to the input command voltage to the piezo actuator 331.
  • the orifice 31 of this embodiment is approximately disk-shaped, and the valve seat surface 31s, which is formed on the upper surface and has a circular outer contour, is oriented in the first direction. It has a plurality of inflow ports 31i and a plurality of outflow ports 31o that open along the direction.
  • the first direction is the X direction
  • the second direction that intersects the first direction is the Y direction
  • the X direction and The direction perpendicular to the Y direction is defined as the Z direction.
  • the plurality of inlets 31i and the plurality of outlets 31o have a linear and elongated opening shape extending along the first direction (X direction).
  • the plurality of inflow ports 31i and the plurality of outflow ports 31o are formed from one end to the other end of the outer periphery of the valve seat surface 31s along the first direction.
  • the opening width (dimension in the second direction (Y direction)) of each inlet 31i in the second direction (Y direction) is constant over the first direction (X direction).
  • the plurality of inflow ports 31i have the same opening width.
  • the opening width of each outlet 31o in the second direction (Y direction) is constant across the first direction (X direction).
  • the plurality of outflow ports 31o have the same opening width.
  • the plurality of inlets 31i and the plurality of outlets 31o are arranged alternately in a second direction (Y direction) intersecting the first direction (X direction). Further, the plurality of inlets 31i and the plurality of outlets 31o are arranged at equal intervals in the second direction (Y direction). In this way, a plurality of inlets 31i and a plurality of outlet ports 31o are formed in a striped pattern on the valve seat surface 31s of the orifice 31. Furthermore, a linear valve seat surface 31s extending along the first direction is formed between the inlet 31i and the outlet 31o that are adjacent to each other in the second direction (Y direction).
  • the orifice 31 includes a first internal flow path 311 that opens to a valve seat surface 31s and an opposing surface 31t opposite to the valve seat surface 31s, and a first internal flow path 311 that opens to a valve seat surface 31s and an opposing surface 31t that is located between the valve seat surface 31s and the opposing surface 31t. It has a second internal flow path 312 that opens to the outer circumferential surface 31u.
  • the first internal flow path 311 is formed to extend in the Z direction and communicates with the plurality of inflow ports 31i, and includes a merging flow path 311a that opens to the opposing surface 31t, and a valve seat that branches from the merging flow path 311a. It has a plurality of branch channels 311b that open to the surface 31s. Note that, as shown in FIG. 5, the first internal flow path 311 has a comb-like vertical cross-sectional shape along the YZ plane.
  • the confluence channel 311a is a channel into which fluid flows from the upstream channel R1 that opens at the bottom of the accommodation recess 21.
  • This merging channel 311a is, for example, a channel having a circular cross section.
  • each of the plurality of branch channels 311b communicates with each of the plurality of inlets 31i, and branches the fluid from the merging channel 311a and guides it to each inlet 31i.
  • the plurality of branch channels 311b are formed at equal intervals in the second direction, and the cross-sectional shape (cross-sectional shape along the XY plane) of each branch channel 311b is substantially the same as the opening shape of the communicating inlet 31i. are essentially the same.
  • the second internal flow path 312 communicates with the plurality of outflow ports 31o, and a plurality of second internal flow paths 312 are formed corresponding to each of the plurality of outflow ports 31o.
  • the second internal flow path 312 is formed to penetrate the orifice 31 along the first direction (X direction), which is the longitudinal direction of the outlet 31o.
  • the second internal flow path 312 communicates with the outlet 31o and is open to the outer circumferential surface 31u of the orifice 31 on both sides of the outlet 31o in the longitudinal direction. It opens on the outer circumferential surface 31u.
  • the opening shape of the outer circumferential surface 31u of the second internal flow path 312 is rectangular, but may have another shape.
  • the second internal flow path 312 is formed along the first direction (X direction) within a side wall portion 313 in the second direction (Y direction) that forms each of the plurality of branch flow paths 311b in the orifice 31. (See Figure 5).
  • the plurality of second internal channels 312 and the plurality of branch channels 311b are formed to be alternately lined up in the second direction (Y direction), similarly to the plurality of inflow ports 31i and the plurality of outlet ports 31o. .
  • a groove 313m that opens to the valve seat surface 31s is formed in the side wall portion 313, and the upper opening of the groove 313m becomes the outlet 31o, and the side wall The upper surface of the portion 313 becomes a part of the valve seat surface 31s.
  • the inlet 31i (see FIG. 6(b)), which has a linear and elongated shape, and the outlet 31o, which has a linear, elongated shape (see FIG. 6(c)), are adjacent to each other.
  • the interface between the inlet 31i and the outlet 31o (part of the valve seat surface 31s) extends linearly (see FIG. 6(a)), and the interface per unit area of the valve seat surface 31s is It can be made longer.
  • the number of inflow ports 31i and outflow ports 31o and decreasing the pitch (width) of the inflow ports 31i and outflow ports 31o the number of boundary surfaces is increased and the width of the boundary surfaces is decreased. be able to. Thereby, the pressure loss in the orifice 31 can be reduced and a large amount of fluid can flow.
  • FIG. 7 shows the simulation results of the interface length versus flow rate between orifices 31 having different interface lengths (present examples (1) to (5)) and an orifice with a conventional configuration (conventional example).
  • the distance (opening degree) between the valve seat surface 31s and the seating surface 32s is 30 ⁇ m.
  • stripe type in the figure indicates this example
  • existing indicates the conventional example
  • the boundary surface lengths of this example (2) to (4) are the boundary surface length of this example (1). (5), and gradually increases in the order of (2), (3), and (4).
  • the opening widths of the plurality of inflow ports 31i and the plurality of outflow ports 31o are reduced to increase their number, and the longer the boundary surface length is, the larger the fluid flow rate. I am able to flow it.
  • a concave portion 31N is also formed on the outer peripheral surface 31u of the orifice 31 over the entire circumference (see FIGS. 3 and 5). This recess 31N enlarges the flow path between it and the accommodation recess 21, reducing pressure loss and making it possible to increase the flow rate.
  • the above-mentioned orifice 31 may be formed by performing machining such as cutting on the base material, or by dividing the base material into a plurality of parts and processing the divided elements into a predetermined shape by etching or the like. After that, the processed divided elements may be joined and formed.
  • the outflow direction of the downstream flow path R2 that opens on the inner circumferential surface of the accommodation recess 21 and the longitudinal direction of the outflow port 31o of the orifice 31 (the The state in which the outflow direction (longitudinal direction) coincides with the outflow port 31o is defined as 0 degree, and the angle formed by the outflow direction and the longitudinal direction of the outflow port 31o is defined as the arrangement angle ⁇ .
  • FIG. 8(b) shows the flow rate change with the arrangement angle ⁇ of the orifice 31.
  • the distance (opening degree) between the valve seat surface 31s and the seating surface 32s is 20 ⁇ m
  • the flow rate change is calculated when the outer diameter ( ⁇ ) of the valve seat surface 31s is 9.9 mm and 15 mm. It shows.
  • the flow rate can be increased by setting the arrangement angle ⁇ of the orifice 31 to 15 degrees or more and 75 degrees or less. Furthermore, it can be seen that the flow rate can be further increased by setting the arrangement angle ⁇ of the orifice 31 to 30 degrees or more and 60 degrees or less.
  • the plurality of inlets 31i and the plurality of outlet ports 31o that open along the first direction are arranged alternately in the second direction intersecting the first direction. Since they are arranged side by side, the interface between the inlet 31i and the outlet 31o can be made longer than the conventional orifice having concentric grooves, reducing pressure loss and increasing the flow rate. Fluid can flow. As a result, the flow rate of the fluid control valve 3 can be increased without increasing the size of the orifice 31 or the piezo actuator 331.
  • a plurality of second internal flow paths 312 are formed corresponding to each of the plurality of outflow ports 31o, and have a shape along the first direction, that is, a shape extending in the uniaxial direction, the outflow direction of the fluid is can be determined and pressure loss can be reduced.
  • the first internal flow path 311 has the merging flow path 311a, it is possible to reduce pressure loss when flowing a large flow rate.
  • the confluence flow path 311a of the first internal flow path 311 is formed by the second internal flow path 312. It is possible to increase the channel volume of the merging channel 311a without being subject to any restrictions, and it is possible to reduce pressure loss when flowing a large flow rate.
  • the orifice 31 has one or more outer internal flow channels that open around the valve seat surface 31s at one end and open at the outer circumferential surface 31u or the opposing surface 31t at the other end. 314 may be used.
  • this orifice 31 has a valve seat surface 31s having a circular outer shape in a plan view, and an annular recess around the valve seat surface 31s on the upper surface where the valve seat surface 31s is formed.
  • a groove 31M is formed.
  • One end of the outer internal flow path 314 is opened at the bottom surface of this groove 31M.
  • the other end of the outer internal flow path 314 opens in a recess 31N formed in the outer circumferential surface 31u of the orifice 31, here, the outer circumferential surface 31u.
  • FIG. 12 shows simulation results of the opening degree-flow rate characteristics of the orifice 31 shown in FIGS. 9 to 11 (this example) and the orifice with a conventional configuration (conventional example).
  • stripe type indicates the present embodiment
  • existing indicates the conventional example.
  • the boundary surface between the inlet and the outlet becomes longer.
  • the opening required for flow rate control of 60 L/min can be reduced by about 30% compared to the conventional example. Thereby, there is no need to enlarge the piezo actuator 331 or the orifice 31 in order to increase the opening degree.
  • the plurality of inflow ports 31i in the embodiment described above have the same opening width (dimension in the second direction), they may be different from each other. Furthermore, the opening widths of the plurality of outflow ports 31o may also be different from each other. Furthermore, the opening widths of the inlet 31i and the outlet 31o may be the same or different. Further, the opening width of the inlet 31i or the outlet 31o may change in the first direction. In addition, the plurality of inlets 31i or the plurality of outlets 31o may not be parallel to each other, or the inlets 31i and the outlet 31o may not be parallel to each other.
  • inflow port 31i and the outflow port 31o in the embodiment described above have a linear shape extending in the first direction, they may also have a curved shape or a wave shape extending in the first direction. good.
  • the plurality of inflow ports 31i and the plurality of outflow ports 31o are arranged alternately, but they do not necessarily have to be arranged alternately.
  • various arrangements can be made, such as a configuration in which two inlets 31i and two outflow ports 31o are arranged alternately, a configuration in which two outflow ports 31o are arranged on each side of two inlets 31i.
  • the inlet 31i communicates with the first internal flow path 311, and the outlet 31o communicates with the second internal flow path 312, but the configuration is reversed, that is, the inlet 31i communicates with the second internal flow path 312.
  • a configuration may also be adopted in which the outlet port 31o communicates with the second internal flow path 312 and the outlet port 31o communicates with the first internal flow path 311.
  • the opening portions of the first internal flow path 311 and the second internal flow path 312 of the embodiment are not limited to those of the above embodiment, and even if the first internal flow path 311 opens to the outer circumferential surface 31u of the orifice 31.
  • the second internal flow path 312 may open to the opposing surface 31t of the orifice 31.
  • the flow rate sensor 4 in the embodiment described above is a thermal type, it may be a pressure type.
  • the pressure-type flow rate sensor 4 includes a laminar flow element 45 provided in the flow path R, a first pressure sensor 46 that measures the pressure on the upstream side of the laminar flow element 45, A second pressure sensor 47 measures the pressure on the downstream side of the laminar flow element 45, and fluid flows through the flow path R based on the first pressure and second pressure measured by the first pressure sensor 46 and the second pressure sensor 47.
  • the flow rate calculation unit 48 calculates the flow rate of the flow rate.
  • the flow rate sensor 4 is provided upstream or downstream of the fluid control valve 3 in the flow path R. Note that instead of the laminar flow element 45, other fluid resistance such as a sonic nozzle may be used.
  • Fluid control device 3 Fluid control valve 4
  • Flow rate sensor 5 Control part 31... Orifice 31s... Valve seat surface 31t... Opposing surface 31u... Outer periphery Surface 31i...Inflow port 31o...Outflow port 311...First internal channel 311a...Merge channel 311b...Branch channel 312...Second internal channel 314...Outside Internal flow path 32...valve body 32s...seating surface

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Abstract

本発明は、オリフィスやアクチュエータを大型化することなく、流体制御弁の大流量化を実現するものであり、弁座面３１ｓを有するオリフィス３１と、弁座面３１ｓに着座する着座面３２ｓを有する弁体３２とを備え、オリフィス３１は、弁座面３１ｓにおいて第１方向に沿って開口する複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏを有し、複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏは、第１方向に交差する第２方向に並んで配置されている。

Description

流体制御弁、流体制御装置、及び、オリフィスの製造方法
　本発明は、流体制御弁、流体制御弁を用いた流体制御装置、及び、流体制御弁に用いられるオリフィスの製造方法に関するものである。
　従来、流体制御弁では大流量化が望まれており、例えば特許文献１に示すように、弁座面を有する弁座部材（オリフィス）の構造に工夫が加えられている。
　具体的には、弁座部材の弁座面に、複数の流入口が形成された円環状の凹溝と、複数の流出口が形成された円環状の凹溝とを交互に同心円状に形成している。この流体制御弁では、弁座部材に複数の流入口及び複数の流出口を形成するとともに、流入口が形成された凹溝と流出口が形成された凹溝とを交互に形成して、複数の流入口から複数の流出口への圧力損失を低減して大流量の流体を流すことができる。
特開２０１０－２３０１５９号公報
　しかしながら、限られたサイズの弁座面に円環状の複数の凹溝を形成し、それら凹溝内に複数の流入口及び複数の流出口を形成して、更なる大流量化を図ることには限界がある。そのため、従来のオリフィスを用いて大流量化を図るためには、オリフィス自体を大型化する構成や、弁体のストローク量を大きくするためにアクチュエータを大型化する構成が必要になってしまう。
　そこで、本発明は、上述したような問題に鑑みてなされたものであり、オリフィスやアクチュエータを大型化することなく、流体制御弁を大流量化することをその主たる課題とするものである。
　すなわち、本発明に係る流体制御弁は、弁座面を有するオリフィスと、前記弁座面に着座する着座面を有する弁体とを備え、前記オリフィスは、前記弁座面において第１方向に沿って開口する複数の流入口及び複数の流出口を有し、前記複数の流入口及び前記複数の流出口は、前記第１方向に交差する第２方向に並んで配置されていることを特徴とする。
　このような流体制御弁であれば、第１方向に沿って開口する複数の流入口及び複数の流出口を、第１方向に交差する第２方向に並んで配置しているので、従来の同心円状の凹溝を有するオリフィスに比べて、流入口及び流出口の間の境界面を長くすることができ、圧力損失を低減して大流量の流体を流すことができる。その結果、オリフィスやアクチュエータを大型化することなく、流体制御弁を大流量化することができる。
　流入口及び流出口の間の境界面をより一層長くするためには、前記複数の流入口及び前記複数の流出口は、前記第２方向に交互に並んで配置されていることが望ましい。
　また、流入口及び流出口の間の境界面をより一層長くするためには、前記複数の流入口及び前記複数の流出口は、前記第１方向に沿って前記弁座面の外周部における一端部から他端部に亘って形成されていることが望ましい。
　オリフィスの具体的な実施の態様としては、前記オリフィスは、前記弁座面と前記弁座面に対向する対向面とに開口する第１内部流路と、前記弁座面と前記弁座面及び前記対向面の間の外側周面とに開口する第２内部流路とを有し、前記第１内部流路は、前記流入口又は前記流出口の一方に連通しており、前記第２内部流路は、前記流入口又は前記流出口の他方に連通していることが望ましい。
　前記第２内部流路は、前記複数の流入口又は前記複数の流出口の他方のそれぞれに対応して複数形成されていることが望ましい。この構成により、第２内部流路を第１方向に沿った形状、つまり、１軸方向に延びる形状とすることができる。例えば第２内部流路を流出側（下流側）の流路とした場合には、流体の流出方向を定めることができ、圧力損失を低減することができる。
　第２内部流路の具体的な実施の態様としては、前記第１方向に沿って前記オリフィスを貫通して形成されていることが望ましい。
　第１内部流路の具体的な実施の態様としては、前記第１内部流路は、前記対向面に開口する合流流路と、前記合流流路から分岐して前記弁座面に開口する複数の分岐流路とを有し、前記複数の分岐流路のそれぞれは、前記複数の流入口又は前記複数の流出口の一方のそれぞれに連通していることが望ましい。
　この構成であれば、第１内部流路が合流流路を有しているので、大流量を流すときの圧力損失を低減することができる。
　前記複数の分岐流路それぞれを形成する側壁内に前記第２内部流路が形成されていることが望ましい。
　この構成であれば、第１内部流路の合流流路が第２内部流路により制約を受けないので、合流流路の流路容積を大きくすることができ、大流量を流すときの圧力損失を低減することができる。
　オリフィスの弁座面に対して弁体を相対移動させる構成において、弁座面の周囲にデットスペースが形成される場合がある。このデットスペースに流れる流体が滞留することなく流出させるためには、前記オリフィスは、一端が前記弁座面の周囲に開口し、他端が前記外側周面又は前記対向面に開口する１又は複数の外側内部流路を有することが望ましい。
　また、本発明に係る流体制御装置は、上述した流体制御弁と、前記流路の流量を測定する流量センサと、前記流量センサの測定値に基づいて前記流体制御弁を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
　さらに、本発明に係るオリフィスの製造方法は、流体制御弁の弁体が着座する弁座面を有するオリフィスの製造方法であって、前記オリフィスの前記弁座面に第１方向に沿って開口する複数の流入口及び複数の流出口を形成するとともに、前記複数の流入口及び前記複数の流出口を前記第１方向に交差する第２方向に交互に並んで形成することを特徴とする。
　以上に述べた本発明によれば、オリフィスやアクチュエータを大型化することなく、流体制御弁を大流量化することができる。
本発明の一実施形態に係る流体制御装置の構成を模式的に示す図である。 同実施形態の流体制御弁のオリフィス及び弁体を示す部分拡大断面図である。 同実施形態のオリフィスの斜視図である。 同実施形態のオリフィスの平面図である。 同実施形態のオリフィスのＡ－Ａ線断面図である。 同実施形態のオリフィスの（ａ）弁座面を示す模式図、（ｂ）流入口を示す模式図、（ｃ）流出口を示す模式図である。 同実施形態のオリフィス（本実施例）及び従来のオリフィス（従来例）の境界面長さ－流量を示すシミュレーション結果である。 同実施形態の（ａ）オリフィスの配置角度を示す図、（ｂ）配置角度による流量を示すシミュレーション結果である。 変形実施形態のオリフィスの斜視図である。 変形実施形態のオリフィスの平面図である。 変形実施形態のオリフィスのＢ－Ｂ線断面図である。 変形実施形態のオリフィス（本実施例）及び従来のオリフィス（従来例）の開度－流量特性を示すシミュレーション結果である。 変形実施形態に係る流体制御装置の構成を模式的に示す図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る流体制御装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
＜装置構成＞
　本実施形態の流体制御装置１００は、いわゆるマスフローコントローラであって、例えば半導体製造プロセスを行うチャンバに供給されるガスの流量を制御するために用いられるものである。なお、流体制御装置１００はガスだけでなく、液体を制御するものであってもよい。
　具体的に流体制御装置１００は、図１に示すように、内部に流路Ｒが形成された流路ブロック２と、流路Ｒのガスを制御するための流体制御弁３と、流路Ｒの流量を測定する流量センサ４と、流量センサ４で測定される測定値に基づいて、流体制御弁３を制御する制御部５とを備えている。
　流路ブロック２は、流体制御弁３が取り付けられる収容凹部２１が形成されている。この収容凹部２１は、流路ブロック２の一面（図１では上面）に形成されている。また、収容凹部２１の底面には、上流側流路Ｒ１が接続されており、収容凹部２１の内側周面には、下流側流路Ｒ２が接続されている。つまり、流路ブロック２に形成された流路Ｒは、収容凹部２１によって、上流側流路Ｒ１及び下流側流路Ｒ２に分断されている。
　なお、上流側流路Ｒ１の上流端には、ガスの導入ポート（不図示）が設けられており、下流側流路Ｒ２の下流端には、ガスの導出ポート（不図示）が設けられている。
　流体制御弁３は、いわゆるノーマルオープンのバルブであり、印加される電圧によってその開度が制御される。なお、流体制御弁３は、いわゆるノーマルクローズのものであっても良い。
　具体的に流体制御弁３は、図１及び図２に示すように、弁座面３１ｓを有するオリフィス（弁座部材）３１と、弁座面３１ｓに着座する着座面３２ｓを有する弁体３２と、弁体３２を駆動する駆動部３３とを備えている。
　オリフィス３１は、収容凹部２１に収容されるものである。ここで、オリフィス３１は、上面に弁座面３１ｓが形成されており、当該弁座面３１ｓが収容凹部２１の上部開口側を向くように収容凹部２１に収容される。
　このオリフィス３１には、図２に示すように、弁座面３１ｓに流入口３１ｉ及び流出口３１ｏが形成されるとともに、当該流入口３１ｉ及び流出口３１ｏに連通する第１内部流路３１１及び第２内部流路３１２が形成されている。
　そして、オリフィス３１は収容凹部２１に収容された状態において、第１内部流路３１１が収容凹部２１の底面開口を囲むように設けられ、オリフィス３１の下面は、収容凹部２１の底面にメタルＯリング等のシール部材を介して液密に設けられる（図１参照）。つまり、上流側流路Ｒ１を流通する流体はすべてオリフィス３１の第１内部流路３１１に流入する。その他のオリフィス３１の詳細は、後述する。
　弁体３２は、流路ブロック２の収容凹部２１の開口を閉塞するように設けられたダイアフラム部材３４と一体に形成されている。ダイアフラム部材３４の側周縁は、収容凹部２１の上部開口の周縁部にメタルＯリング等のシール部材を介して液密に固定されている。
　また、ダイアフラム部材３４の中央部（つまり、弁体３２の下面）は、図２に示すように、駆動部３３によりオリフィス３１に対して進退移動し、オリフィス３１の弁座面３１ｓに着座又は離座する着座面３２ｓを有する。
　駆動部３３は、例えば、電圧を印加した状態で膨張変形するピエゾ素子を複数枚積層して形成されるピエゾアクチュエータ３３１を備えている。ピエゾアクチュエータ３３１は、ケーシング３３２内に収容されており、その先端部には例えば真球等の中間部材３３３が設けられており、当該中間部材３３３が弁体３２の上面を押圧する。
　そして、ピエゾアクチュエータ３３１に所定の電圧が印加されるとピエゾアクチュエータ３３１が伸長し、弁体３２を閉弁方向に付勢して、印加された電圧に応じた距離だけ着座面３２ｓが弁座面３１ｓに接近して所定の開度となり、着座面３２ｓが弁座面３１ｓに接触すると全閉状態となる。一方、ピエゾアクチュエータ３３１に電圧を印加しないノーマル状態においては、弁体３２はダイアフラム部材３４の弾性復帰力によって、弁体３２が全開状態となる。
　流量センサ４は、例えば熱式のものであり、流路Ｒに設けられた分流素子（流体抵抗）４１と、分流素子４１の上流側から分岐し、当該分流素子４１の下流側に合流する細管４２と、細管４２に巻回され、それぞれ一定温度に保たれるように電圧が印加される２つの電熱コイル４３と、各電熱コイル４３に印加される電圧差を検出して流路Ｒを流れるガスの流量を算出する流量算出部４４とを有している。この流量センサ４は、流路Ｒにおいて、流体制御弁３の上流側又は下流側に設けられる。
　制御部５は、流量センサ４で測定される測定値（測定流量）に基づいて、流体制御弁３を制御するものである。この制御部５は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、各種入出力手段を備えたコンピュータであり、メモリに格納されている流体制御プログラムが実行され、ＣＰＵ及び周辺機器が協働することによって、流体制御弁３を制御する。
　制御部５は、外部から入力される指令流量と、流量センサ４で測定される測定流量とに基づいて流体制御弁３の開度を制御する。具体的に制御部５は、指令流量と測定流量の偏差が小さくなるように流体制御弁３の開度を制御する。本実施形態の制御部５は、指令流量と測定流量の偏差に対してＰＩＤ演算を行い、その結果に応じた指令電圧を駆動部３３の駆動回路に対して出力する。駆動回路は入力された指令電圧に対応する電圧をピエゾアクチュエータ３３１に対して印加する。
＜オリフィス３１の具体的構成＞
　そして、本実施形態のオリフィス３１は、図３～図６に示すように、概略円盤状をなすものであり、その上面に形成された外形輪郭が円形状の弁座面３１ｓにおいて、第１方向に沿って開口する複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏを有している。なお、第１方向は、図３～図６において、Ｘ方向であり、第１方向に交差（ここでは直交であるが、直交以外でも良い。）する第２方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。
　複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏは、第１方向（Ｘ方向）に沿って延びる直線状の細長の開口形状を有している。ここで、複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏは、第１方向に沿って弁座面３１ｓの外周部における一端部から他端部に亘って形成されている。本実施形態では、各流入口３１ｉの第２方向（Ｙ方向）における開口幅（第２方向（Ｙ方向）の寸法）は第１方向（Ｘ方向）に亘って一定である。また、複数の流入口３１ｉは、互いに開口幅が同じである。同様に、各流出口３１ｏの第２方向（Ｙ方向）における開口幅は第１方向（Ｘ方向）に亘って一定である。また、複数の流出口３１ｏは、互いに開口幅が同じである。
　複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏは、第１方向（Ｘ方向）に交差する第２方向（Ｙ方向）に交互に並んで配置されている。また、複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏは、第２方向（Ｙ方向）において等間隔に配置されている。このようにオリフィス３１の弁座面３１ｓには、ストライプ状に複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏが形成されることになる。また、第２方向（Ｙ方向）において互いに隣り合う流入口３１ｉ及び流出口３１ｏの間には、第１方向に沿って延びる直線状の弁座面３１ｓが形成されることになる。
　具体的にオリフィス３１は、弁座面３１ｓと弁座面３１ｓに対向する対向面３１ｔとに開口する第１内部流路３１１と、弁座面３１ｓと弁座面３１ｓ及び対向面３１ｔの間の外側周面３１ｕとに開口する第２内部流路３１２とを有している。
　第１内部流路３１１は、Ｚ方向に延びて形成され、複数の流入口３１ｉに連通するものであり、対向面３１ｔに開口する合流流路３１１ａと、合流流路３１１ａから分岐して弁座面３１ｓに開口する複数の分岐流路３１１ｂとを有している。なお、第１内部流路３１１は、図５に示すように、ＹＺ平面に沿った縦断面形状が、櫛状をなしている。
　合流流路３１１ａは、収容凹部２１の底面に開口する上流側流路Ｒ１から流体が流れ込む流路である。この合流流路３１１ａは、例えば断面円形状をなす流路である。
　また、複数の分岐流路３１１ｂのそれぞれは、複数の流入口３１ｉのそれぞれに連通しており、合流流路３１１ａからの流体を分岐させて各流入口３１ｉに導くものである。複数の分岐流路３１１ｂは、第２方向に等間隔に形成されており、各分岐流路３１１ｂの横断面形状（ＸＹ平面に沿った断面形状）は、連通する流入口３１ｉの開口形状と実質的に同一としている。
　第２内部流路３１２は、複数の流出口３１ｏに連通するものであり、複数の流出口３１ｏのそれぞれに対応して複数形成されている。具体的に第２内部流路３１２は、流出口３１ｏの長手方向である第１方向（Ｘ方向）に沿ってオリフィス３１を貫通して形成されている。つまり、第２内部流路３１２は、流出口３１ｏに連通するとともに、その流出口３１ｏの長手方向両側におけるオリフィス３１の外側周面３１ｕに開口しており、本実施形態では２箇所でオリフィス３１の外側周面３１ｕに開口している。なお、第２内部流路３１２における外側周面３１ｕの開口形状は、矩形状をなすものであるが、その他の形状であっても良い。
　また、第２内部流路３１２は、オリフィス３１において複数の分岐流路３１１ｂそれぞれを形成する第２方向（Ｙ方向）の側壁部３１３内に第１方向（Ｘ方向）に沿って形成されている（図５参照）。つまり、複数の第２内部流路３１２及び複数の分岐流路３１１ｂは、複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏと同様に、第２方向（Ｙ方向）に交互に並んで形成されている。ここで、側壁部３１３の構成について言えば、側壁部３１３には、弁座面３１ｓに開口する凹溝３１３ｍが形成されることになり、当該凹溝３１３ｍの上部開口が流出口３１ｏとなり、側壁部３１３の上面が弁座面３１ｓの一部となる。
　上記のオリフィス構造により、直線状の細長形状である流入口３１ｉ（図６（ｂ）参照）と直線状の細長形状であり流出口３１ｏ（図６（ｃ）参照）が互いに隣接することになり、流入口３１ｉ及び流出口３１ｏの間の境界面（弁座面３１ｓの一部）が直線状の延びるものとなり（図６（ａ）参照）、弁座面３１ｓの単位面積当たりの境界面を長くすることができる。ここで、流入口３１ｉ及び流出口３１ｏの数を増やして、流入口３１ｉ及び流出口３１ｏのピッチ（幅）を小さくすることによって、境界面の本数を増やし、また、境界面の幅を小さくすることができる。これにより、オリフィス３１における圧力損失を低減して大流量の流体を流すことができる。
　ここで、境界面長さの異なるオリフィス３１（本実施例（１）～（５））と、従来構成のオリフィス（従来例）との境界面長さ－流量のシミュレーション結果を図７に示す。ここでは、弁座面３１ｓと着座面３２ｓとの距離（開度）を３０μｍとしている。なお、図中「ｓｔｒｉｐｅ型」は本実施例、「既存」は従来例を示し、本実施例（２）～（４）の境界面長さは、本実施例（１）の境界面長さと（５）の境界面長さとの間であり、（２）、（３）、（４）の順番で徐々に大きくなるものである。図７から分かるように、本実施例では、複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏの開口幅を小さくしてそれらの本数を増やし、境界面長さを長くするほど、大流量の流体を流すことができている。
　その他、オリフィス３１の外側周面３１ｕにも、全周に渡って凹部３１Ｎが形成されている（図３、図５参照）。この凹部３１Ｎにより、収容凹部２１との間の流路が大きくなり、圧力損失を低減して大流量化が可能となる。
　なお、上記のオリフィス３１は、母材に対して切削加工などの機械加工を施して形成しても良いし、母材を複数に分割し、それら分割要素に対してエッチングなどにより所定形状に加工した後に、加工後の分割要素を接合して形成しても良い。
　次に、流体制御弁３の開弁状態における流体の流れについて簡単に説明する。
　弁座面３１ｓから着座面３２ｓが離れた状態（開弁状態）では、流路ブロック２の上流側流路Ｒ１からオリフィス３１の合流流路３１１ａに流体が流れ、複数の分岐流路３１１ｂから複数の流入口３１ｉを通じて、弁座面３１ｓと着座面３２ｓの間に流体が流入する。そして、その流体は、複数の流出口３１ｏに流入して、第２内部流路３１２を通じて、オリフィス３１の外側周面３１ｕ及び収容凹部２１の内側周面の間に流入する。その後、流路ブロック２の下流側流路Ｒ２から流出する。
　オリフィス３１を上記構成にすることで大流量の流体を流すことができるが、収容凹部２１におけるオリフィス３１の配置角度によってもさらに大流量の流体を流すことができる。
　そこで、収容凹部２１におけるオリフィス３１の配置角度について説明する。ここで、図８（ａ）に示すように、収容凹部２１の内側周面に開口する下流側流路Ｒ２の流出方向と、オリフィス３１の流出口３１ｏの長手方向（第２内部流路３１２の長手方向）とが一致した状態を０度とし、流出方向と流出口３１ｏの長手方向とのなす角度を配置角度θとする。
　図８（ｂ）にオリフィス３１の配置角度θに伴う流量変化を示す。ここでは、弁座面３１ｓと着座面３２ｓとの距離（開度）を２０μｍとし、弁座面３１ｓの外径（Φ）を９．９ｍｍとしたものと、１５ｍｍとしたものとの流量変化を示している。
　これらの結果から、オリフィス３１の配置角度θを１５度以上７５度以下にすることで、流れる流量を増大できることがわかる。さらに、オリフィス３１の配置角度θを３０度以上６０度以下にすることで、流れる流量をより一層増大できることがわかる。
＜本実施形態の効果＞
　このように構成した本実施形態の流体制御装置１００であれば、第１方向に沿って開口する複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏを、第１方向に交差する第２方向に交互に並んで配置しているので、従来の同心円状の凹溝を有するオリフィスに比べて、流入口３１ｉ及び流出口３１ｏの間の境界面を長くすることができ、圧力損失を低減して大流量の流体を流すことができる。その結果、オリフィス３１やピエゾアクチュエータ３３１を大型化することなく、流体制御弁３を大流量化することができる。
　また、第２内部流路３１２が複数の流出口３１ｏのそれぞれに対応して複数形成されるとともに、第１方向に沿った形状、つまり、１軸方向に延びる形状としているので、流体の流出方向を定めることができ、圧力損失を低減することができる。
　さらに、第１内部流路３１１が、合流流路３１１ａを有しているので、大流量を流すときの圧力損失を低減することができる。
　その上、複数の分岐流路３１１ｂそれぞれを形成する側壁部３１３内に第２内部流路３１２を形成しているので、第１内部流路３１１の合流流路３１１ａが第２内部流路３１２により制約を受けず、合流流路３１１ａの流路容積を大きくすることができ、大流量を流すときの圧力損失を低減することができる。
＜その他の実施形態＞
　例えば、オリフィス３１は、図９～図１１に示すように、一端が弁座面３１ｓの周囲に開口し、他端が外側周面３１ｕ又は対向面３１ｔに開口する１又は複数の外側内部流路３１４を有する構成としても良い。
　具体的にこのオリフィス３１は、平面視において円形状の外形を有する弁座面３１ｓを有しており、当該弁座面３１ｓが形成される上面において、弁座面３１ｓの周囲に円環状の凹溝３１Ｍが形成されている。この凹溝３１Ｍの底面に外側内部流路３１４の一端が開口している。
　また、オリフィス３１の外側周面３１ｕ、ここでは、外側周面３１ｕに形成された凹部３１Ｎに外側内部流路３１４の他端が開口している。この構成であれば、弁座面３１ｓの周囲に形成されるデットスペースに流れる流体を流出させることができる。
　ここで、図９～図１１に示すオリフィス３１（本実施例）と、従来構成のオリフィス（従来例）との開度－流量特性のシミュレーション結果を図１２に示す。なお、図中「ｓｔｒｉｐｅ型」は本実施例、「既存」は従来例を示している。図１２から分かるように、本実施例では流入口と流出口との境界面が長くなる。そして、本実施例では、６０Ｌ／ｍｉｎの流量制御に必要な開度を、従来例に比べて約３０％減少させることができる。これにより、開度を大きくするためにピエゾアクチュエータ３３１を大型化したり、オリフィス３１を大型化したりする必要がない。
　また、前記実施形態の複数の流入口３１ｉは互いに開口幅（第２方向の寸法）が同じであったが、それらが互いに異なるものであっても良い。また、複数の流出口３１ｏの開口幅も互いに異なるものであっても良い。さらに、流入口３１ｉ及び流出口３１ｏの開口幅は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。また、流入口３１ｉ又は流出口３１ｏの開口幅は、第１方向において開口幅が変化するものであっても良い。その他、複数の流入口３１ｉ同士又は複数の流出口３１ｏ同士が互いに平行でなくても良いし、流入口３１ｉ及び流出口３１ｏが互いに平行でなくても良い。
　さらに、前記実施形態の流入口３１ｉ及び流出口３１ｏは第１方向に延びる直線状をなすものであったが、第１方向に沿って延びる湾曲した形状又は波形状などをなすものであっても良い。
　また、前記実施形態は、複数の流入口３１ｉ及び複数の流出口３１ｏは交互に配置されているが、必ずしも交互でなくても良い。例えば、２つの流入口３１ｉと２つの流出口３１ｏを交互に配置する構成、２つの流入口３１ｉの両側それぞれに２つの流出口３１ｏを配置する構成など、種々の配置にすることができる。
　その上、前記実施形態では、流入口３１ｉが第１内部流路３１１に連通し、流出口３１ｏが第２内部流路３１２に連通しているが、逆の構成、つまり、流入口３１ｉが第２内部流路３１２に連通し、流出口３１ｏが第１内部流路３１１に連通する構成としても良い。
　加えて、前記実施形態の第１内部流路３１１及び第２内部流路３１２の開口部分は前記実施形態に限られず、第１内部流路３１１がオリフィス３１の外側周面３１ｕに開口しても良いし、第２内部流路３１２がオリフィス３１の対向面３１ｔに開口していても良い。
　その上、前記実施形態の流量センサ４は熱式のものであったが、圧力式のものであっても良い。
　具体的に圧力式の流量センサ４は、図１３に示すように、流路Ｒに設けられた層流素子４５と、層流素子４５の上流側の圧力を測定する第１圧力センサ４６と、層流素子４５の下流側の圧力を測定する第２圧力センサ４７と、第１圧力センサ４６と第２圧力センサ４７で測定された第１圧力、第２圧力に基づいて流路Ｒを流れる流体の流量を算出する流量算出部４８とを有している。この流量センサ４は、流路Ｒにおいて、流体制御弁３の上流側又は下流側に設けられる。なお、層流素子４５の代わりに、音速ノズル等のその他の流体抵抗を用いても構わない。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
　本発明によれば、オリフィスやアクチュエータを大型化することなく、流体制御弁の大流量化を実現することができる。
１００・・・流体制御装置
３・・・流体制御弁
４・・・流量センサ
５・・・制御部
３１・・・オリフィス
３１ｓ・・・弁座面
３１ｔ・・・対向面
３１ｕ・・・外側周面
３１ｉ・・・流入口
３１ｏ・・・流出口
３１１・・・第１内部流路
３１１ａ・・・合流流路
３１１ｂ・・・分岐流路
３１２・・・第２内部流路
３１４・・・外側内部流路
３２・・・弁体
３２ｓ・・・着座面

Claims (11)

  1. 　弁座面を有するオリフィスと、
    　前記弁座面に着座する着座面を有する弁体とを備え、
    　前記オリフィスは、前記弁座面において第１方向に沿って開口する複数の流入口及び複数の流出口を有し、
    　前記複数の流入口及び前記複数の流出口は、前記第１方向に交差する第２方向に並んで配置されている、流体制御弁。
  2. 　前記複数の流入口及び前記複数の流出口は、前記第２方向に交互に並んで配置されている、請求項１に記載の流体制御弁。
  3. 　前記複数の流入口及び前記複数の流出口は、前記第１方向に沿って前記弁座面の外周部における一端部から他端部に亘って形成されている、請求項１又は２に記載の流体制御弁。
  4. 　前記オリフィスは、
    　前記弁座面と前記弁座面に対向する対向面とに開口する第１内部流路と、
    　前記弁座面と前記弁座面及び前記対向面の間の外側周面とに開口する第２内部流路とを有し、
    　前記第１内部流路は、前記複数の流入口又は前記複数の流出口の一方に連通しており、
    　前記第２内部流路は、前記複数の流入口又は前記複数の流出口の他方に連通している、請求項１乃至３の何れか一項に記載の流体制御弁。
  5. 　前記第２内部流路は、前記複数の流入口又は前記複数の流出口の他方のそれぞれに対応して複数形成されている、請求項４に記載の流体制御弁。
  6. 　前記第２内部流路は、前記第１方向に沿って前記オリフィスを貫通して形成されている、請求項３乃至５の何れか一項に記載の流体制御弁。
  7. 　前記第１内部流路は、
    　前記対向面に開口する合流流路と、
    　前記合流流路から分岐して前記弁座面に開口する複数の分岐流路とを有し、
    　前記複数の分岐流路のそれぞれは、前記複数の流入口又は前記複数の流出口の一方のそれぞれに連通している、請求項３乃至６の何れか一項に記載の流体制御弁。
  8. 　前記複数の分岐流路それぞれを形成する側壁内に前記第２内部流路が形成されている、請求項７に記載の流体制御弁。
  9. 　前記オリフィスは、一端が前記弁座面の周囲に開口し、他端が前記外側周面又は前記対向面に開口する１又は複数の外側内部流路を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の流体制御弁。
  10. 　請求項１乃至９の何れか一項に記載の流体制御弁と、
    　前記流路の流量を測定する流量センサと、
    　前記流量センサの測定値に基づいて前記流体制御弁を制御する制御部とを備える、流体制御装置。
  11. 　流体制御弁の弁体が着座する弁座面を有するオリフィスの製造方法であって、
    　前記オリフィスの前記弁座面に第１方向に沿って開口する複数の流入口及び複数の流出口を形成するとともに、前記複数の流入口及び前記複数の流出口を前記第１方向に交差する第２方向に並んで形成する、オリフィスの製造方法。
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