(57)【要約】      （修正有）【課題】流体制御弁の大口径及び大出力化を可能とするために、低反発であってアクチュエータから大きな力を加えなくても大きく変形してストロークを大きくすることができ、しかも、薄く形成しても欠陥や不良の発生しにくいダイヤフラム構造を備えた流体制御弁を提供する。【解決手段】ダイヤフラム構造４と、前記ダイヤフラム構造４を押圧するアクチュエータ３とを備えた流体制御弁Ｖであって、前記ダイヤフラム構造４が、筒状に形成されており、前記アクチュエータ３により押圧される突出部４２と、前記突出部４２の基端から当該突出部４２に対して外側へと広がる鍔部４１と、前記鍔部４１の外周に形成されており、他の部材に取り付けられる支持部ＦＩとを具備し、前記鍔部４１を膜状に形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラム構造と、前記ダイヤフラム構造を押圧するアクチュエータとを備えた流体制御弁であって、
前記ダイヤフラム構造が、
筒状に形成されており、少なくともその軸方向に前記アクチュエータにより押圧される突出部と、
前記突出部の基端から当該突出部に対して外側へと広がる鍔部と、
前記鍔部の外周に形成されており、他の部材に取り付けられる支持部とを具備し、
前記鍔部が膜状に形成されていることを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
少なくとも前記鍔部及び前記突出部が、金属薄板から絞り加工により形成されたものである請求項１記載の流体制御弁。
【請求項３】
前記突出部の内側周面に対してがたなく嵌合しており、前記アクチュエータにより押圧される内部嵌合部材をさらに備えた請求項１又は２記載の流体制御弁。
【請求項４】
前記突出部の内部に収容される球体をさらに備え、
前記アクチュエータが前記球体を介して前記突出部を当該突出部の軸方向に押圧するように構成されている請求項１乃至３いずれかに記載の流体制御弁。
【請求項５】
前記内部嵌合部材が、前記突出部内において前記球体を保持し、当該球体を介して前記アクチュエータにより押圧されるように構成された請求項４記載の流体制御弁。
【請求項６】
弁座面が形成された弁座部材と、
前記弁座面に対して接離する着座面を有した弁体部材とをさらに備え、
前記突出部の先端部分が前記弁体部材を押圧するように構成されている請求項１乃至５いずれかに記載の流体制御弁。
【請求項７】
前記ダイヤフラム構造が、前記支持部よりも剛性が高く、当該支持部が溶接されるフランジ部をさらに備え、
組み付け時において、前記フランジ部が前記弁座部材に形成された押圧面を具備する突条を押圧するように組み付けられる請求項６記載の流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガスの流量等を制御するマスフローコントローラ等に用いられる流体制御弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体制御弁は、上流側流路と下流側流路との間に介在してこれらに流れる流体の流量や圧力を制御したり、各流路間に流体が流れないように閉止したりするためのものである。例えばノーマルクローズタイプの流体制御弁は、当該流体制御弁内において流路と外部とを仕切るダイヤフラム構造を有し、流路側に配置された弁座部材及び弁体部材のうち弁体部材の位置を外部側に配置されたアクチュエータが前記ダイヤフラム構造を介して変化させることで流体の流量や圧力を制御するように構成されている。
【０００３】
より具体的には、前記ダイヤフラム構造は、薄膜部と、前記薄膜部から当該薄膜部に対して垂直な方向に流路側へと突出させて溶接されており、前記弁体部材と当接するピンとから構成されている。そして、前記アクチュエータは外部側から前記ピンを押圧することにより前記薄膜部を弾性的にたわませて当該ピンを弁体部材側へと移動させて弁体部材の位置を変更する（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、このような流体制御弁において単位時間当たりに通過させることができる流量が大きく、制御可能な流量のレンジも広い大口径のものが近年求められている。このため、前記アクチュエータによる前記ピンの可動ストロークを従来よりも大きくして、前記弁座部材と前記弁体部材との開度をより広いレンジで制御できるようにする必要がある。
【０００５】
例えばアクチュエータの出力を従来の仕様から変更せずに、弁体部材の可動ストロークを大きくしようとする場合、前記薄膜部における剛性を小さくし低反発化することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、前記ダイヤフラム構造は、従来切削等の機械加工によって製作されており、例えば前記薄膜部をより従来よりも薄く形成して低反発化を達成しようとすると、高精度の切削加工が必要となるため製造コストが上昇してしまう。
【０００７】
また、仮に機械加工により要求される低反発性となる薄さまで前記薄膜部を切削して形成することができたとしても、薄膜部にすが入る等の欠陥が生じる確率が高くなり、流体が漏れてしまう不良が発生する等、ダイヤフラム構造としての機能を発揮できない可能性が高くなってしまう。このため、不良品を除くにはＸ線検査等によりすの有無を厳密に検査しなくてはならず、品質管理コストも上昇することになる。
【０００８】
これらのことから、従来の機械加工によって前記ダイヤフラム構造に低反発性を持たせることは加工精度の問題や各種コストの問題から非常に難しい。
【０００９】
加えて、従来の薄膜部に対して垂直にピンを溶接するような構造の場合、溶接部にひずみが生じ、繰り返し動作の結果、疲労破壊が発生する可能性が高くなる。すなわち、従来の構成自体がダイヤフラム構造の低反発化及び流体制御弁の大口径化を妨げる要因となっている部分もある。
【００１０】
また、従来と同じ薄さで前記薄膜部を形成しつつ、アクチュエータからの出力を大きくせずにストロークを大きくするには、薄膜部の面積を大きくして、変形する部分を増やし、支持されている部分からピンまでのたわみ変形量を大きくすることも考えられる。しかしながら、薄膜部を大面積化してしまうと、ピンを突出させている側に存在する流体から受ける圧力のうち、薄膜部に対して垂直な方向、すなわち、ピンの移動方向とは逆向きの圧力を受ける面積が増大するため、アクチュエータから加えられた力が相殺される量も大幅に増加してしまう。このため、薄膜部を単純に大面積化すると、逆にストローク量が低下する結果となる恐れもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２７３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、流体制御弁の大口径及び大出力化を可能とするために、低反発であってアクチュエータから大きな力を加えなくても大きく変形してストロークを大きくすることができ、しかも、薄く形成しても欠陥や不良の発生しにくいダイヤフラム構造を備えた流体制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明の流体制御弁は、ダイヤフラム構造と、前記ダイヤフラム構造を押圧するアクチュエータとを備えた流体制御弁であって、前記ダイヤフラム構造が、筒状に形成されており、少なくともその軸方向へ前記アクチュエータにより押圧される突出部と、前記突出部の基端から当該突出部に対して外側へと広がる鍔部と、前記鍔部の外周に形成されており、他の部材に取り付けられる支持部とを具備し、前記鍔部が膜状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
このようなものであれば、前記突出部は大部分の圧力がその側周面に垂直な方向にかかるのに対して、前記アクチュエータからは当該突出部の軸方向に力が加えられることになるので、各力の向きは略直交していることから、アクチュエータによる力がほとんど相殺されることがなく、前記突出部の軸方向の変形に対して作用することになる。したがって、アクチュエータから加えられる力をほとんど無駄にすることがないので、小さい力であっても前記突出部を大きく軸方向に変形させることができ、大きなストロークを取ることができる。このため、流体制御弁を大型、大出力化する事が可能となる。すなわち、前記突出部を筒状に形成し、その軸方向にアクチュエータが押圧するように構成されているので、変形する部分を大きくしつつ、アクチュエータからの力を相殺する向きの圧力は受けないようにできるので、ストローク量を大きくすることができる。また、前記鍔部が前記突出部の基端に接続されている部分は、この突出部の変形に伴って前記アクチュエータの押圧方向への変位を発生させるので、さらにストローク量を増加させることができる。
【００１５】
さらに、前記鍔部の中央部及び外周部では当該鍔部に加わる圧力と前記アクチュエータから加えられる力は直交しておらず、相殺することになるので、鍔部のこれらの部分はほとんど変形させずに前記突出部及び前記鍔部において前記突出部の近傍部分のみを大きく変形させることができる。例えば前記アクチュエータからの力によって前記鍔部の大部分は大きくは移動しないことになるので、前記流体制御弁内において前記鍔部が変形により他の部材と干渉するのを防ぐための離間距離をできるだけ小さくすることができ、流体制御弁内の容積をできる限り小さくして応答性をよくすることができるようになる。
【００１６】
前記ダイヤフラム構造の前記鍔部及び前記突出部が、非常に薄く形成することができ、低反発性を付与して、さらに大きなストロークを得られるようにするには、少なくとも前記鍔部及び前記突出部が、金属薄板から絞り加工により形成されたものであればよい。また、このようなものであれば、絞り加工が行われる金属薄板には圧延材料を用いることができるので、前記鍔部及び前記突出部を非常に薄く形成したとしてもすが入ることがほとんどなく、欠陥が生じにくい。したがって、薄く形成した場合においてもＸ線検査により欠陥検査を行わなくも所定の品質を保つことが可能であり、同様の薄さのものを切削等の機械加工により製作した場合に比べて品質管理コストが上昇するのを抑えることができる。
【００１７】
前記アクチュエータから前記突出部に対して加えられる力が当該突出部の表面に対して垂直に加えられないようにし、例えば内側周面に沿って加えられるようにして、突出部の一部に力が集中して破れてしまうのを防げるようにするには、前記突出部の内側周面に対してがたなく嵌合しており、前記アクチュエータにより押圧される内部嵌合部材をさらに備えたものであればよい。
【００１８】
前記ダイヤフラム構造を非常に薄く形成し、アクチュエータによって前記突出部に対して力が加えた場合でも、アクチュエータからかかる力が一点に集中し、その作用点において突出部が破れてしまうのを防ぐには、前記突出部の内部に収容される球体をさらに備え、前記アクチュエータが前記球体を介して前記突出部を当該突出部の軸方向に押圧するように構成されていればよい。
【００１９】
前記突出部の側面に対して平行な方向に沿ってアクチュエータから力が加えられるようにし、前記アクチュエータからの前記突出部に対して加えられる力の向きが前記突出部の側面に対して垂直に加わることにより、簡単に破れてしまうのを防ぐことができる効果をさらに高めるには、前記内部嵌合部材が、前記突出部内において前記球体を保持し、当該球体を介して前記アクチュエータにより押圧されるように構成されたものであればよい。
【００２０】
前記アクチュエータが流体と接触しないようにしつつ、前記突出部により開度の調節を可能とするノーマルクローズタイプの流体制御弁の具体的な構成例としては、弁座面が形成された弁座部材と、前記弁座面に対して接離する着座面を有した弁体部材とをさらに備え、前記突出部の先端部分が前記弁体部材を押圧するように構成されているものが挙げられる。
【００２１】
前記流体制御弁内における前記ダイヤフラム構造の位置を固定しやすくするとともに、ダイヤフラム構造により前記弁座部材を押圧して組み付けることできるようにするには、前記ダイヤフラム構造が、前記支持部よりも剛性が高く、当該支持部の外周部が溶接されるフランジ部をさらに備え、組み付け時において、前記フランジ部が前記弁座部材に形成された押圧面を具備する突条を押圧するように組み付けられるものであればよい。
【発明の効果】
【００２２】
このように本発明の流体制御弁によれば、突出部においては突出部にかかる圧力とアクチュエータからの力の向きを略直交させて相殺されないようにすることができ、前記アクチュエータからの力を効率よく前記突出部の変形に費やさせることができる。したがって、アクチュエータについてそれほど出力の大きいものでなくても例えば前記突出部が調整可能なストローク量を大きくすることができ、大口径及び大出力の流体制御弁とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体制御弁が設けられたマスフローコントローラ。
【図２】第１実施形態における流体制御弁を示す模式的断面拡大図。
【図３】第１実施形態におけるダイヤフラム構造の膜部材を示す模式的斜視図。
【図４】第１実施形態における薄膜部材とフランジ部との溶接方法について示す模式図。
【図５】第１実施形態における押圧時のダイヤフラム構造の変形形態について示す模式図。
【図６】従来例における押圧時のダイヤフラム構造の変形形態について示す模式図。
【図７】第１実施形態の変形例における薄膜部材とフランジ部との溶接方法を示す模式図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る流体制御弁を示す模式図。
【図９】第２実施形態における押圧時のダイヤフラム構造に係る力の向きを示す模式図。
【図１０】その他の実施形態における流体制御弁を示す模式図。
【図１１】さらに別のその他の実施形態における膜部材の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
【００２５】
本発明の第１実施形態に係る流体制御弁Ｖ及びマスフローコントローラ１００について図１乃至６を参照しながら説明する。
【００２６】
第１実施形態のマスフローコントローラ１００は、半導体製造装置に用いられるものであって、図１に示すように測定対象となる流体が流れる流路２を内部に形成したボディ１と、この流路２を流れる流体がボディ１内に流入した時点又はボディ１に入る前の上流側における圧力を測定するための初段圧力センサＰと、流路２を流れる流体の流量を制御するための流体制御弁Ｖと、この流路２を流れる流体の流量を測定するための流量センサＦＳと、目標流量値と前記流量センサＦＳで測定される測定流量値との偏差が小さくなるように前記流体制御弁Ｖの開度をフィードバック制御する制御部（図示しない）とを備えたものである。
【００２７】
ここで、前記初段圧力センサＰ、前記流体制御弁Ｖ、前記流量センサＦＳはこの順で上流から順番に設けてある。すなわち、前記流量センサＦＳは、前記流体制御弁Ｖよりも下流側に設けてある。
【００２８】
各部について詳述する。
【００２９】
前記ボディ１は、前述した流路２が内部を貫通するブロック状をなすものであり、当該流路２の上流端が、インレットポートＩＰとして外部流入配管（図示しない）に接続してあるとともに、下流端がアウトレットポートＯＰとして外部流出配管（図示しない）に接続してある。また、前記ボディ１の内部に形成してある流路２は、前記インレットポートＩＰと初段圧力センサＰとを接続する第１流路２１、前記初段圧力センサＰと前記流体制御弁Ｖとを接続する第２流路２２、前記流体制御弁Ｖと後述する層流素子Ｌとを接続する第３流路２３、前記層流素子Ｌと後述する第２圧力センサＰ２とを接続する第４流路２４、前記第２圧力センサＰ２からアウトレットポートＯＰまでを接続する第５流路２５から構成してある。
【００３０】
なお、以下の説明において、特に前記流体制御弁Ｖに関連する事項を説明する場合には、前記第２流路２２のことを上流側流路、前記第３流路２３のことを下流側流路ともよぶこととする。
【００３１】
前記初段圧力センサＰは、前記外部流入配管から流入する流体の上流側における圧力変化を測定するために設けてあり、例えば、この初段圧力センサＰで測定される測定圧力値に基づいて前記制御部はフィードバック制御のための制御則を切り替えるように構成してある。
【００３２】
前記流量センサＦＳとしては、様々なものを用いることができるが、ここでは、流量の測定精度及び応答性のよい、いわゆる圧力式の流量センサＦＳを採用している。この圧力式の流量センサＦＳは、上流から順番に前記流体制御弁Ｖの下流の圧力を測定する第1圧力センサＰ1と、流体抵抗たる層流素子Ｌと、層流素子Ｌの下流側の圧力を測定する第２圧力センサＰ２とからなるものである。前記層流素子Ｌによって、その前後で圧力差が生じ、前記第1圧力センサＰ1と、前記第２圧力センサＰ２とで測定されるそれぞれの圧力に基づいて流量は測定される。
【００３３】
前記流体制御弁Ｖは、上流側流路たる第２流路２２と下流側流路たる第３流路２３との間を接続するように設けてあり、弁座部材５と弁体部材６の離間距離によって通過できる流体の流量を制御するものである。すなわち、前記流体制御弁Ｖは、図１及び図２に示すように上側から順番に、アクチュエータ３、プランジャＰＬ、ダイヤフラム構造４、弁座部材５、弁体部材６、板バネ７、基礎部材８を備えたものである。より具体的には弁座部材５と弁体部材６の離間距離は、前記アクチュエータ３の動きが前記ダイヤフラム構造４により前記弁体部材６へと伝達されて調節される。また、前記板バネ７は流体を通過させるためのスリットが複数形成してあるものであり、前記基礎部材８から前記弁体部材６をアクチュエータ３側へと押し上げて、初期状態においては前記弁体部材６と前記弁座部材５とが接触しつづけるようにしてノーマルクローズタイプのものとなるようにしてある。
【００３４】
前記アクチュエータ３は、例えば、ピエゾ素子を複数枚積層して形成されるピエゾスタック３１を備えたものである。このピエゾスタック３１が収容されるケーシング部材３２は、前記ボディ１に対して取り付けられる取付部３３と、前記ピエゾスタック３１が収容される円筒部３２とから構成してある。前記円筒部３２は、熱膨張率の小さいインバー等の部材で形成されており、ほとんど熱変形が生じないようにしてある。したがって、周囲温度や流体の温度等の影響を前記円筒部３２はほとんど受けないので、温度にかかわらず前記ピエゾスタック３１に印加される電圧に応じた変位量にすることができる。
【００３５】
前記プランジャＰＬは、前記ピエゾスタック３１の先端に取り付けられるものであり、中央部が下方へと突出した概略二段円筒形状をなすものである。そして、前記アクチュエータ３は、このプランジャＰＬを介して前記ダイヤフラム構造４を押圧するように構成してある。さらに、ピエゾスタック３１に対して電圧が印加されていない状態において、ピエゾスタック３１及びプランジャＰＬが初期位置に戻るようにするために下部に初期位置戻し板ばねＰＳが設けてある。
【００３６】
前記ダイヤフラム構造４は、流体制御弁Ｖ内において上流側流路及び下流側流路を接続する流路と前記アクチュエータ３が設けられている外部とを仕切るとともに、外部に配置されている前記アクチュエータ３からの押圧力を前記弁体部材６へと伝達するものである。このダイヤフラム構造４は、図２及び図３に示すように先端が閉口した薄肉筒状に形成されており、前記アクチュエータ３により少なくともその軸方向に押圧される突出部４２と、前記突出部４２の基端から連続的になだらかな曲面を形成して当該突出部４２に対して外側へと広がる鍔部４１と、前記鍔部４１の外周部と連続してなだらかな平面を形成しており、他の部材に取り付けられる薄膜状に形成された支持部ＦＩとからなる全体が薄肉状に形成されている膜部材ＴＦと、前記支持部ＦＩが溶接された概略円環状のフランジ部４３とから構成してある。
【００３７】
前記膜部材ＴＦは、アルミなどの圧延された金属薄板を絞り加工することにより形成してあり、その厚みが０．１ｍｍ程度となるように形成してある。また、前記鍔部４１及び前記支持部ＦＩは金属薄板においてダイとしわ押さえに挟まれていた部分に相当し、前記突出部４２はダイとパンチにより絞られた部分に相当する。そして、前記突出部４２は、前記鍔部４１に対して垂直方向に突出しているとともに、その先端が閉口した概略細筒状に形成してある。この突出部４２の内部の底面には球体４４が収容してあり、前記プランジャＰＬの先端が前記球体４４に対して接触して、前記アクチュエータ３からの力が前記弁体部材６へと伝達されるようにしてある。すなわち、プランジャＰＬにより直接前記突出部４２の内面を押圧することにより一点に力が集中して突出部４２の一部が破れてしまうことを防ぐために、前記球体４４を介して間接的に押圧するように構成してある。この実施形態では、前記突出部４２の軸方向と前記アクチュエータ３の押圧方向は合致しているが、多少ずれており、例えば前記アクチュエータ３が前記突出部４２の軸方向に対して斜めに押圧するものであってもよい。すなわち、「少なくともその軸方向に押圧する」とは、前記アクチュエータの３の押圧力に前記突出部４２の軸方向成分が含まれた状態で押圧することを含む概念である。
【００３８】
前記鍔部４１は、上側から視た場合に概略薄肉円板状に形成してあり、図４に示すように前記鍔部４１の外周に形成された支持部ＦＩは、前記鍔部４１及び前記よりも大きな厚みを有し、剛性の高い薄肉円環状の前記フランジ部４３に電極ＥＬを用いて抵抗溶接してある。そして、前記フランジ部４３において溶接されている支持部ＦＩ以外の平面が、組み付け時において、前記フランジ部４３が後述する弁座部材５に形成された押圧面５５を具備する突条５４を押圧するように組み付けてある。これは前記支持部ＦＩと前記フランジ部４３との間において不均一面となっている溶接部分が押圧面に接触しないようにし、面接触により前記弁座部材５を下部へと均一な力で押圧し、弁座面５８の面精度を保てるようにするためである。
【００３９】
前記弁座部材５は、図２に示すように、その底面部５２に前記弁体部材６の着座面６１と接触する弁座面５８が形成してあり、底面側を小径、上面側を大径とした概略２段円筒形状をなすものであり、中央部に軸方向に延びる第１弁内流路５１１と、上面から側面へと連通する断面において概略Ｌ字状の第２弁内流路５１２が形成してある。そして、この弁座部材５の上面部５３では、第１弁内流路５１１及び第２弁内流路５１２の開口の外側を囲うように上側へと突出した前記突条５４が形成してある。この突条５４の上面は平面となっており、組み付け時において前記フランジ部４３により押圧される押圧面５５としてある。
【００４０】
前記底面部５２には、前記底面部５２において第１弁内流路５１１の流入開口の周囲を囲むように前記弁座面５８が形成してあるとともに、その外側には、前記流入開口の周囲を囲むように前記突条５４よりも外径寸法の小さい円環状の凹溝５７を形成してある。この凹溝５７があることにより、組み付け時に前記押圧面５５が押圧されても、前記弁座部材５の底面部５２側における変形は略外周側のみに限定されることにより、前記弁座面５８の平面度を保つことができる。したがって、前記弁体部材６の着座面６１と常に好適な接触度合いを保つことができ、弁としてのシール機能を発揮させることができる。
【００４１】
そして、弁座部材５は、ボディ１に設けた円柱状の凹部１１に嵌め入れて組み付けてある。前記凹部１１は、ボディ１の第２流路２２と第３流路２３とを分断するように配置してあり、上流側流路たる第２流路２２は、前記凹部１１の底面中央部に開口するとともに、下流側流路たる第３流路２３は前記凹部１１の外側周面５９中央部であり、前記弁座部材５の小径部分に対応する位置に開口するようにしてある。
【００４２】
また、前記弁座部材５を前記凹部１１に嵌め入れた状態では、当該弁座部材の上面部５３側は、前記凹部１１の内側周面と略隙間なく篏合する一方、当該弁座部材５の底面部５２側の小径部分については前記凹部１１の内側周面との間に隙間が形成されるようにしてある。
【００４３】
このように構成の弁座部材５における流体の流れを説明すると、流体は底面部５２に形成された流入開口から第１弁内流路５１１を通って上面部５３に至り、その後、第２弁内流路５１２を通って弁座部材５の外側周面から下流側流路へと流れることになる。
【００４４】
前記弁体部材６は上面に着座面６１が形成してあり、その下面側が前記板ばね７により弾性支持されてアクチュエータ３により押圧されていない状態では、前記弁座部材５の弁座面５８と前記着座面６１とが面接触して弁座部材５内へ流体が流入しないように構成してある。そして、アクチュエータ３に電圧が印加されて前記弁体部材６の上面中央部が前記突出部４２の先端により押圧されることで下方へと移動し、その開度が変更されることによって通過する流体の流量を制御できるようにしてある。
【００４５】
次にこのダイヤフラム構造４のアクチュエータ３により押圧時の変形態様について従来例と比較しながら説明する。図５には本実施形態のダイヤフラム構造４の変形態様を示してあり、図６には従来のダイヤフラム構造４Ａでの変形態様を示してある。
【００４６】
図５に示すように本実施形態のダイヤフラム構造４ではアクチュエータ３による押圧力の向きと前記突出部４２に対して流路からかかる圧力の向きとが直交する関係にあることが分かる。したがって、前記アクチュエータ３により前記突出部４２が下方へと押されると、その力は相殺することなく前記突出部４２に対して加えられることになる。また、絞り加工により金属薄板から膜部材ＴＦは形成してあるので、その厚みを従来と比べて非常に薄くすることができ、膜部材ＴＦ自体の剛性も低い。これらのことから、アクチュエータ３から大きな力を加えなくても前記突出部４２のみを大きく変形させることができる。これらのことからダイヤフラム構造４において、アクチュエータ３の押圧方向と逆向きの圧力が流体からかかる部分の表面積は小さくしつつ、当該ダイヤフラム構造４において変形することができる部材の量を多くしているので、アクチュエータ３からの押圧力が従来と変わらなくても前記突出部４２の軸方向へのストロークを大きくすることができる。また、前記突出部４２の基端と前記鍔部４１との間が絞り加工により連続的でなだらか曲面が形成されているので、ここの部分でも変形を発生させて前記突出部４２の軸方向への変位を発生させ、ストローク量を増加させることができる。さらに、前記支持部ＦＩはフランジ部４３に溶接により硬く固定されているので、この部分を支点として前記突出部４２及びその近傍の鍔部４１を大きく変形させられることもストローク量の増加に寄与している。
【００４７】
一方、図６に示す従来例は、薄膜部４１Ａが切削等の機械加工により形成されているためにその厚みが０．２ｍｍ程度となっているとともに、その薄膜部４１Ａの中央部に本実施形態の突出部４２に相当する中実のピン４２Ａが設けられたダイヤフラム構造４Ａである。つまり、本実施形態に比べると従来のダイヤフラム構造４Ａは剛性が高い構造となっている。また、このようなダイヤフラム構造４Ａについてピン４２Ａの上部をアクチュエータで押圧した場合、ピン４２Ａ自体は押圧方向に変形することはなく、薄膜部４１Ａがたわみ変形することによりピンが下方へと押し下げられることになる。つまり、薄膜部４１Ａにかかる圧力と押圧される力の向きは逆向きであるため力は相殺されているとともに、この力は押圧方向への変形ではなく、薄膜部４１Ａの曲げ変形に費やされてしまうため、入力されている力の割に下方への変位量は発生しないことになる。
【００４８】
図５及び図６から分かるように、本実施形態はダイヤフラム構造４の剛性を従来に比べて低くして低反発性を持たせることができているとともに、前記弁体部材６を押圧する突出部４２自体を弁体部材６側へと変形するように構成されているので、小さい力でも下方への大きな変位量を得ることができる。つまり、図５及び図６の例において同じ出力のアクチュエータを用いている場合、本実施形態のダイヤフラム構造４の方がストロークを大きくとることができるため、流体制御弁Ｖを大口径、大出力のものとすることができる。
【００４９】
また、図６のような従来の機械加工により薄膜部４１Ａを形成しているためにすが入る等の欠陥が生じる可能性があるため、Ｘ線検査等により品質管理を行う必要があるが、本実施形態のダイヤフラム構造４の膜部材ＴＦは絞り加工で形成されているため、機械加工で生じるようなす等の欠陥が生じることがなく、検査工程を省略することができる。このことから、従来よりもダイヤフラム構造を薄く形成したとしても、品質管理にかかるコストを低減することができる。
【００５０】
加えて、前記鍔部４１では当該鍔部４１に加わる圧力と前記アクチュエータから加えられる力は逆向きとなるので、鍔部４１はほとんど変形させずに前記弁座部座５の第１弁内流路５１内に挿入されている前記突出部４２のみを大きく変形させることができる。したがって、前記鍔部４１と前記上面部５３との間の隙間を小さくしても、アクチュエータ３からの押圧時に前記鍔部４１が前記上面部５３と干渉することがなく、流体制御弁Ｖ内の流路の容積をできる限り小さくすることができ、流量制御の応答性を高めることができる。また、このように鍔部４１を形成することにより、ダイヤフラム構造４におけるガスとの接触面積を小さくすることができ、ダイヤフラム構造４を介して外部へガスが漏出するのを防ぎやすくなる。
【００５１】
第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態では、前記鍔部４１の外周部に形成された薄板円環状の支持部ＦＩを１枚の薄板円環状のフランジ部４３に対して溶接することで接続していたが、図７に示すように、２つの円環状薄板であるフランジ部４３の面板部間に前記支持部ＦＩの外周部を挟み、支持部ＦＩ１及びフランジ部４３の外周部分をＴＩＧ溶接するようにして接続しても構わない。
【００５２】
＜第２実施形態＞
【００５３】
次に第２実施形態について図８及び図９を参照しながら説明する。なお、第１実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととする。
【００５４】
第２実施形態のマスフローコントローラ１００は、第１実施形態と比較して前記ダイヤフラム構造４における前記アクチュエータ３からの力が伝達される球体４４の保持構造が異なっている。
【００５５】
より具体的には、第２実施形態のダイヤフラム構造４は、図８及び図９に示すように前記突出部４２の内側周面に対してがたなく嵌合しており、当該突出部４２内において前記球体４４を保持する内部嵌合部材４５をさらに備えている。
【００５６】
この内部嵌合部材４５は、上部側から下部側に対してその厚みが厚くなるように構成した概略中空円筒状のものであり、その外側周面の直径は前記突出部４２の内径と略同じになるように構成してある。そのこの内部嵌合部材４５の内部にプランジャＰＬの先端と接触する球体４４が収容される。
【００５７】
ここで、図９に示すように前記アクチュエータ３に電圧が印加されてプランジャＰＬが内部嵌合部材４５に収容されている球体４４を下方へと押圧すると、その力は内部嵌合部材４５の外側周面を介して前記突出部４２の内側周面と平行に下方へと加えられることになる。すなわち、第１実施形態においては、前記球体４４は突出部４２の底面に載置されていたので、アクチュエータ３により力が加えられると前記突出部４２の内底面に対して垂直な方向に力がかかっていたのに対して、第２実施形態では前記内部嵌合部材４５により力は突出部４２の内側周面に対して平行に加えられる。このため、第２実施形態では前記突出部４２を弁体部材６側へと変形させる際に面に対して垂直な力が加わらず、大きな力がかかった場合でもより破れにくくすることができる。
【００５８】
したがって、ダイヤフラム構造４の限界強度を高めることができるので、アクチュエータ３から加える力のレンジをより広くして、ダイヤフラム構造４のストロークをより大きくとることができ、さらに大口径、大出力の流体制御弁Ｖとして構成する事が可能となる。
【００５９】
その他の実施形態について説明する。
【００６０】
図１０（ａ）に示すノーマルクローズタイプの流体制御弁Ｖを構成するダイヤフラム構造４について、前記突出部４２の内部にがたなく嵌合する内部嵌合部材４５を設けるとともに、この内部嵌合部材４５を直接プランジャＰＬの先端で押圧するようにしても構わない。また、図１０（ｂ）に示すように本発明のダイヤフラム構造４については、ノーマルクローズタイプだけでなくノーマルオープンタイプの流体制御弁Ｖを構成するためにも用いることができる。さらに、図１０（ｂ）に示すようにプランジャＰＬの先端で前記突出部４２の内部を押圧するように構成しても構わない。
【００６１】
さらに前記実施形態に示したように前記鍔部４１については、前記突出部４２の軸方向に対して垂直な平面に延伸するように形成したものだけでなく、図１１に示すように、傾斜面を形成するように鍔部４１を形成してもよい。言い換えると、前記突出部４２の軸を通る仮想平面で前記膜部材ＴＦを見た場合、前記実施形態では概略Ｔ字状に形成されているのに対して、図１１（ａ）に示すように縦断面がＹ字状になり、図１１（ｂ）に示すように膜部材ＴＦが概略漏斗状に形成されているものであっても、前記各実施形態で説明したような効果を得ることができる。すなわち、前記突出部４２に対する前記鍔部４１の形成角度は様々な角度であってもよい。図１１に示すような形状の膜部材ＴＦを形成するには、例えば金属薄板を２段絞り加工により形成すればよい。また、前記突出部は一端が閉口しておらず開口したものであってもよい。
【００６２】
前記各実施形態では、ダイヤフラム構造はアルミの薄板を絞り加工する事により形成していたが、その他の金属薄板から形成しても構わない。また、前記実施形態で形成されている突出部は内径よりも深さの方が大きくなるように深絞り加工により形成してあったが、用途や大きさ等によっては内径の方が深さよりも大きくなるように浅絞り加工で形成してもよい。アクチュエータについても、ピエゾに限られるものではなく、例えばソレノイド等を用いても構わない。また、前記各実施形態ではダイヤフラム構造を用いてノーマルクローズタイプの流体制御弁を構成したが、ノーマルオープンタイプの流体制御弁として構成しても構わない。
【００６３】
前記実施形態では流体制御弁の下流側に圧力式の流量センサが設けられたマスフローコントローラを示したが、前記流量センサは熱式の流量センサであっても本発明の効果を得ることができる。
【００６４】
前記実施形態では流体制御弁は流体の流量を制御するために用いていたが、流体の圧力を制御するための圧力制御弁として用いてもかまわない。制御する流体としては液体、気体いずれであってもかまわない。
【００６５】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行ってもかまわない。
【符号の説明】
【００６６】
１００・・・マスフローコントローラ
Ｖ    ・・・流量制御弁
３    ・・・アクチュエータ
４    ・・・ダイヤフラム構造
４１  ・・・鍔部
４２  ・・・突出部
４３  ・・・フランジ部
４４  ・・・球体
４５  ・・・内部嵌合部材
５    ・・・弁座部材
６    ・・・弁体部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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