(57)【要約】【課題】  弁頭と弁座に金属等を使用しながら、安価なソレノイドアクチュエータを用いて十分な閉特性と制御性が得られる制御弁を提供すること。【解決手段】  本発明においては、弁頭（３）と弁座（４）との接触部を平坦に仕上げ、更に、それぞれの面が完全に平行になるように、弁頭が弁座に対面する角度を微妙に調整出来る機能（２０、２１）を備えている。また、弁頭の軸線方向高さを調整する機構（２２、２３）も同時に備えている。更に、本発明においては、軸傾斜及び高さ調整機能に加え、弁座面で同軸の環状溝（４ｄ）から成る流体流路構造（４ａ〜４ｅ））を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドによる磁力によって駆動されるプランジャと、同プランジャを軸線方向に移動自在に収容する中空ガイド部を備え且つ前記ソレノイドによる磁力を前記プランジャに導くヨーク部と、同プランジャを前記ヨーク部に対して弾性的に保持するディスクスプリングと、同ディスクスプリングを介して前記プランジャに固定され且つ一部が平坦に仕上げられた弁頭と、前記弁頭に対向し一部が平坦に仕上げられたシール面を形成する弁座とを有する流体流量用の制御弁であって、
弁座シール面に対する弁頭面の角度を任意に調整できる角度調整機構を備えたことを特徴とする制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の制御弁であって、
前記角度調整機構が、前記ヨーク部の軸線の傾きを同ヨーク部の軸線に対して直角の方向から調整することによって前記弁頭面の角度を調整するようになされている、制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載の制御弁であって、
前記角度の調整が、前記ヨーク部の端部において、複数の径方向から調整ねじで調整することに行うようになされた、制御弁。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一の項に記載の制御弁であって、
前記弁座に対する弁頭の隙間を調整する弁頭高さ調整機構に更に備えた流体制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載の制御弁であって、
前記弁頭高さ調整機構が、前記ヨーク端部に軸線方向に沿って設けられたねじ部と螺合する調整ナットを回すことにより調整するようになされた制御弁。
【請求項６】
請求項１に記載の制御弁であって、
前記弁座が、同弁座の中心に設けられた流体流路と同心状に、同中心の流体流路の周囲に設けられた環状溝からなる流体流路とを有することを特徴とする制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御弁に関し、より特定すると、半導体製造用プロセスガスの流量を制御するための制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造のためのプロセスガス供給ラインでは、用途によっては、配管内を高純度に保ちガスの吸着を防止して、脱ガスの発生を低下させるために、接ガス部材をゴムや樹脂ではなく、金属あるいは化学的、機械的に安定な材料例えば、Ａｌ2Ｏ3等によって形成することが好ましい。しかしながら制御弁において、オリフィスおよび弁頭をこの様な材質とすると、表面の密着性を確保するのが難しくてリークが発生し易く且つ十分な閉特性を得ることが困難である。このため、強い力で弁を閉じるようにする必要があり、この結果、より強力なアクチュエータが必要となる。アクチュエータを強力にするために、一般的にはピエゾアクチュエータが使用されている（特許文献１参照）が、ピエゾアクチュエータはソレノイドアクチュエータに比べて高価であり、結果的に、弁頭に金属等を使用したものは、弁頭にゴムを使用したものに比べ高価にものとなる。
【特許文献１】特開平４−３４２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、弁頭と弁座に金属等を使用しながら、安価なソレノイドアクチュエータを用いて十分な閉特性と制御性が得られる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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明においては、弁頭と弁座の接触部を金属等によって形成し且つ同接触部を平坦に仕上げ、更に、それぞれの面が完全に平行になるように、弁頭が弁座に対向する面の角度を微妙に調整出来る機能を備えている。また、弁頭の軸線方向高さを調整する機構も同時に備えている。
【０００５】
更に、本発明では、弁座面の一部に流体が弁頭を押し上げる方向に流れる流体通路を設けた構造を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、上記のような構成としたことにより、脱ガスの発生がない金属あるいは化学的、機械的に安定な材料、例えばＡｌ2Ｏ3等の弁頭及び弁座を使用していても比較的安価なソレノイドコイルを使用することが可能となり、全体として安価な制御弁が実現可能となる。また従来は、弁座の内径が大きくなると、金属等の弁頭、弁座を使用した場合、弁頭と弁座面の平行度を確保して、良好な閉特性を得ることが困難であるため、大きい流量が得難いという問題があった。本発明の構成によれば、良好な閉特性が得られるので、弁座の内径を大きくすることもでき、閉特性が良好な大流量のバルブを実現することができる。
【０００７】
更に、一般に、流体流量が増加すると、流体の流れによって弁頭が受ける力が大きくなり、力の弱い小型のソレノイドでは制御が困難であり流せる流量に限界があった。しかしながら、上記のような弁座への流入経路としたことにより、開動作時に、弁座の一部から弁頭を押し上げるように流体が流入するため、弁頭が、一方的に弁座方向に力を受けることが防止でき、小型のソレノイドでも大流量の制御弁が実現できる。
【０００８】
例えば、毎分１０リットルの窒素ガスを流すバルブにおいて、内径２ｍｍの弁座を使用したとき、バルブが閉じているときのリーク（漏洩）量を毎分０．０１リットル以下に抑えるためには、弁頭面と弁座面との角度のずれは０．０１度以内でなければならない。この様な機械精度を求めることは極めて難しい。しかしながら、本発明の構成のように、弁頭面が平坦に仕上げられた弁座面と完全に平行になるように調整できる機能を具備することにより、初めて閉特性の良いソレノイドバルブが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、具体的な実施形態によって本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による制御弁の最も好ましい実施形態の正面断面図であり、図２乃至５は、図１の制御弁を構成する主要部分の構成を示している。
【００１０】
弁１における弁部は、ベース２内の流体流路内に取り付けられた、一部が平坦に仕上げた金属からなる弁頭３と、同じく一部を平坦に仕上げ且つ中心に流体通路が形成された金属からなる弁座４とによって形成されている。このように、弁頭及び弁座を金属によって形成することにより、脱ガスの発生が防止でき、半導体製造のためのプロセスガス供給ライン等において有利である。弁頭および弁座の材質は、金属以外、機械的、化学的に安定なＡｌ2Ｏ3を用いても良い。
【００１１】
図１において、ベース２は、両端が円筒形状であり且つ中間に弁部を収容する弁収容凹部が設けられた構造を有している。図１において、ベース２の左端部には流体入口６が設けられ、流体流入路７が流体入口６から弁収容凹部へとつながっている。一方、ベース２の右端部には流体出口８が設けられ、流体流出路９が弁収容凹部から流体出口８へとつながっている。
【００１２】
弁座４は、図３から明確にわかるように、複数の段部が形成された円筒状の弁座本体４ａの中心穴に円筒部材４ｂが圧入されて一体化された構造を有している。弁座４は、図１に示されているように、密封のためのＯ−リング５、５’を介してベース２に螺結されている。弁座本体４ａの中心には、比較的大径部から中間径部を経て小径部に至る三段階になされた軸線方向貫通穴４ｅが穿設されている。この中心貫通穴４ｅの中間径部に、中空の円筒部材４ｂが小径部端縁に当接するまで圧入されている。円筒部材４ｂの内径は、弁座本体４ａの軸線方向貫通穴の小径部の直径と等しくなされて、ストレートな貫通穴を形成している。円筒部材４ｂの上端は、平らな鏡面となるように加工されており、この部分が弁座部を形成する。一方、円筒部材４ｂの外周壁と弁座本体４ａの軸線方向貫通穴の大径部との間には環状の溝４ｄが形成される。更に、弁座本体４ａには、互いに直角な４つの径方向から径方向貫通穴４ｃ（図３においては三方向の穴のみが確認できる）が穿設されている。弁座本体４ａの下端外周にはねじが切られており、このねじ部によって、上記したように、弁座４がベース２にねじ込まれて取り付けられる。流体は、径方向穴４ｃから流入し、環状溝４ｄを通って上方に流れ、弁座部を経て軸線方向貫通穴４ｅを通って下方へ流出する。
【００１３】
弁頭３は、図１及び４から分かるように、ディスクスプリング１０を挟んでプランジャ１１の一端にねじ止めされている。プランジャ１１は、プランジャガイド１２の中空内部に、僅かな隙間を保って軸線方向に移動可能に挿入される。プランジャ１１及び弁頭３は、ディスクスプリング１０をばね押さえ１３によってプランジャガイド１２の下端に固定することによってプランジャガイド１２に取り付けられている。プランジャガイド１２の中空上端部にはヨーク本体１４が圧入されて一体化されている。ヨーク本体１４の上端には、後に説明するように、ヨークの軸線方向位置を調整するためにねじが切られている。プランジャ１１及びヨーク本体１４は、後に説明するソレノイドの磁力を導くために磁性体によって作られている。一方、プランジャガイド１２は、磁界がヨーク本体１４からプランジャ１１へと軸線方向に延びるのを妨害しないように非磁性体材料によって作られている。このようにして、弁頭３、プランジャ１１、プランジャガイド１２及びヨーク１４は一体化された組立体となっており、当該組立体内において、プランジャ１１及び弁頭３は、ディスクスプリング１０の付勢力を受けながらプランジャガイド１２の内部を軸線方向に移動できる。更に、弁頭３、プランジャ１１、プランジャガイド１２及びヨーク１４からなる組立体は、ベース２の弁収容凹部内に、弁頭３が弁座４に対向するように嵌め込まれ、Ｏ−リング１５を挟んでソレノイドケース１６によって液密状態に密封される。
【００１４】
図１に示されているように、ソレノイドケース１６は、中心が長手方向に貫通した空洞となっており、同空洞の周囲に同空洞を包囲する形態でソレノイドコイル１７が設けられている。ソレノイドケース１６の中心空洞内に、上記したヨーク本体、プランジャガイド、プランジャ、弁頭等からなる組立体が挿通される。ソレノイドケースの上端部の構成が図５に示されている。ソレノイドケース１６の上端には、ソレノイドキャップ１８が取り付けられる。ソレノイドキャップ１８は、ソレノイドキャップ固定ねじ１９によってソレノイドケース１６に対して固定される。ソレノイドキャップ１８の内周にはオフセットリング２０が嵌入される。オフセットリング２０は、図５に示すように径方向三方向からソレノイドキャップにねじ込まれる軸傾斜調整ねじ２１によって固定される。軸傾斜調整ねじ２１は、後に詳細に説明するような方法でヨーク本体、プランジャガイド、プランジャ、弁頭等からなる組立体の軸線の傾きを調整するために使用される。オフセットリング２０の内周にはねじが切られており、このねじ内へ弁頭高さ調整ナット２２が螺入される。弁頭高さ調整ナット２２は、外周にねじが切られていると同時に内周にもねじが切られている。弁頭高さ調整ナット２２の外周ねじ部と内周ねじ部とはピッチが異なり、外周が粗く内周が細かいピッチとなっている。弁頭高さ調整ナット２２の内周ねじには、ヨーク本体１４の頂部が螺入される。従って、弁頭高さ調整ナット２２を回すと、同弁頭高さ調整ナットの外ねじと内ねじとのピッチの差だけヨーク本体、プランジャガイド、プランジャ、弁頭等からなる組立体が細かく軸線方向に上下動し、この組立体の高さが調整される。このようにして上記組立体の高さが調整された後、ヨーク固定ナット２３が弁頭高さ調整ナット２２に対してソレノイドキャップ１８の上端面に当接するまでねじ込まれてヨーク本体、プランジャガイド、プランジャ、弁頭等からなる組立体全体が固定される。
【００１５】
次に、図２を参照して、ヨーク本体、プランジャガイド、プランジャ、弁頭等からなる組立体の軸線の傾きの調整について説明する。本発明は、金属製あるいは化学的、機械的に安定な材料、例えばＡｌ2Ｏ3等の硬質の材料を弁頭と弁座に用いる弁であることから、弁座と弁頭との接合面の平行度がリーク等に対して極めて重要である。従って、本発明においては、軸傾斜調整ねじ２１による傾斜調整機構を設けて、弁の接合面の所望通りの平行度を確保するようにしている。軸の傾きを調整は、図５に示すように、径方向三方向からオフセットリング２０を支持している３つの軸傾斜調整ねじ２１を、一方のねじを緩め、他方のねじを締め込むことによって、オフセットリング２０の軸線方向の傾きを自由に変えることによって行うことができる。オフセットリング２０は弁頭高さ調整ナット２２を介してヨーク本体２３に固定されているので、オフセットリング２０の軸線の傾きが変わることによって、ヨーク本体、プランジャガイド、プランジャ、弁頭等からなる組立体全体の軸線の傾きが変わり（図２におけるθ）、弁座４に対する弁頭３の傾きが変え、両者の接合面の平行度を正確に調整することができる。このようにして、軸線の傾きが調整された後に軸傾斜調整ねじ２１はロックされ、更に、上記したようにして弁頭高さ調整ナット２２によって弁頭の高さが調整され、ヨーク固定ナット２３によって高さも固定される。
【００１６】
以上のようにして組み立てられ且つ調整された制御弁において、ソレノイドコイル１７８に通電がなされると、プランジャ１１がディスクスプリング１０の付勢力に抗してヨーク本体１４側へと引き上げられて弁頭３が弁座４から離れ、図１において矢印で示すように、流体が、流体入口６から弁（弁頭３と弁座４との隙間）を介して流体出口９へと流れる。ソレノイドコイルへの供給電圧の大きさに応じて弁の開口度を制御することができ、制御された両の流体を流すことができる。
【００１７】
更に、本発明においては、図３に関して既に説明したように、軸傾斜及び高さ調整機能に加え、弁座４に、流体が弁座面へ入る前に、弁座面と同軸の環状溝４ｄを経由して流体を一旦上方へ向かわせた流路構造としている。一般に、流体流量が増加すると、流体の流れによって弁頭が受ける力が大きくなり、力の弱い小型のソレノイドでは流せる流量に限界があった。しかしながら、本発明の弁においては、開動作時に、同軸状の外周部から弁頭を押し上げるように流体が流入すると共に中心の穴に向かい流出するため、弁頭が、一方的に弁座方向に力を受けることが防止でき、小型のソレノイドでも大流量の制御弁が実現できる。また、同軸状の外周部から弁頭を押し上げるように流入した流体を、流体出口に直接導く通路をベース２に追加しても良い。
【００１８】
尚、本実施例で示した、弁体および弁座の平行度調整機構は、金属等以外の、一部が平坦に仕上げられた他の材質から成る弁頭、弁座の制御弁においても同様に有効であることは言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、脱ガスの発生が好ましくない半導体製造用プロセスガスの流量を制御するのに特に有効であるけれども、これに限らず、あらゆる流体の流量制御のために有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の制御弁の最も好ましい実施形態の正面断面図である。
【図２】図１の制御弁におけるヨーク軸の軸線傾斜調整機構の説明図である。
【図３】図１の制御弁における弁座の頂面及び側方断面図である。
【図４】図１の制御弁におけるヨーク部、プランジャ部及び弁頭部の分解図である。
【図５】図１の制御弁におけるソレノイドケース上部の分解図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  弁、                  ２  ベース、                ３  弁頭、
４  弁座、              ４ａ  弁座本体、          ４ｂ  円筒部材、
４ｃ  径方向貫通穴、    ４ｄ  環状の溝、          ４ｅ  軸線方向貫通穴、
５、５’  Ｏ−リング、    ６  流体入口、              ７  流体流入路、
８  流体出口、            ９  流体流出路、          １０  ディスクスプリング、
１１  プランジャ、      １２  プランジャガイド、    １３  ばね押さえ、
１４  ヨーク本体、      １５  Ｏ−リング、          １６  ソレノイドケース、
１７  ソレノイドコイル、              １８  ソレノイドキャップ、
１９  ソレノイドキャップ固定ねじ、    ２０  オフセットリング、
２１  軸傾斜調整ねじ、                ２２  弁頭高さ調整ナット
２３  ヨーク固定ナット
【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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