(57)【要約】  上端部に閉鎖面を有する内筒部と、内筒部よりも高さが高い外筒部とを有する弁座と、弁座の閉鎖面に垂直な方向に開閉動作をする弁体とを有する流量制御弁において、気密に嵌め合わされる別個の部材である内筒部材及び外筒部材によって内筒部及び外筒部を構成する。これにより、内筒部の閉鎖面を平滑に加工して、当該流量制御弁により、少ない流量範囲でのガスの流量を従来よりも正確に制御することができる。弁座の閉鎖面の算術平均粗さが１００ナノメートル以下であることが好ましい。
2018062516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座と、
前記弁座の閉鎖面に垂直な方向に開閉動作をする弁体と、
前記弁体に対し前記閉鎖面から離れる方向又は前記閉鎖面に近付く方向に弾性力を与える弾性手段と、
前記弾性手段による弾性力とは逆の方向に前記弁体を駆動する駆動手段と、を有する流量制御弁であって、
前記弁座は、内周側と外周側とを連通する一又は二以上の孔と、前記孔と連通して外周側に形成された溝部とからなる流体の流出路を有する外筒部材と、前記外筒部材の内周側に配置され、内周側に流体の流入路を有し、上端部に前記閉鎖面を有する内筒部材と、を有し、
前記外筒部材の下部と前記内筒部材の下部とは気密に嵌め合わされている
流量制御弁。
【請求項２】
前記内筒部材の下部は、外側に向かって延びるフランジ部を有し、
前記外筒部材の下部は、前記フランジ部の外周と気密に嵌め合わされている
請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記外筒部材の下部は、内側に向かって延びるフランジ部を有し、
前記内筒部材の下部は、前記フランジ部の内周と気密に嵌め合わされている
請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記外筒部材の上端部の位置は、前記内筒部材の閉鎖面の位置に対して前記弁体の厚さよりも高くなるように構成されている、
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記外筒部材の上端部と前記弁体の上面とにそれぞれ接触するように設けられた金属製のダイアフラムをさらに有し、
前記駆動手段は、前記ダイアフラムの前記弁体の上面と接触している面の反対側に位置する面に接触して設けられ、前記駆動手段による前記弁体の駆動は前記ダイアフラムを介在して行われる
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記弁座の閉鎖面の算術平均粗さが１００ナノメートル以下である
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の流量制御弁。
【請求項７】
流体の流量を測定する流量計と、
流体の流量を制御する流量制御弁と、
前記流量計からの流量信号に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記流量制御弁は、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の流量制御弁である
質量流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流量制御弁に関する発明であり、特に、質量流量制御装置に組み込まれて使用される流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量流量制御装置（マスフローコントローラ）は、少なくとも、流体の流量を測定する流量計、流体の流量を制御する流量制御弁及びこれらを制御する制御回路を含む部品によって構成された制御機器である。質量流量制御装置は、例えば、半導体の製造プロセスにおいてチャンバー内に供給されるガスの質量流量を制御することなどを目的として、広く使用されている。【０００３】
質量流量制御装置に用いられる流量制御弁にはさまざまな形式のものがある。半導体の製造プロセスにおいてガスの質量流量を制御する用途に使用される質量流量制御装置においては、ガスの流路を開閉する弁を構成する部分と、弁を駆動する機能を有する部分とが、金属製のダイアアラムによって互いに気密に隔離された構造を有する流量制御弁が使用されている。このような構造を有する流量制御弁によれば、ガスと接する部材を全て耐腐食性に優れたステンレス鋼等の金属によって構成することができるので、腐食性のガスの流量を制御する場合であっても、ガスと接する部材の腐食に起因するガス漏れを有効に防止することができる。【０００４】
例えば、特許文献１には、閉鎖面を有する弁座と、バネによって弁座の閉鎖面から離れる方向に弾性力が与えられた弁体と、バネによる弾性力に逆らって弁体を弁座の閉鎖面に向かって押し戻す方向に駆動するピエゾアクチュエータとを備え、弁体とピエゾアクチュエータとがダイアフラムによって互いに気密に隔離された流量制御弁の構造が開示されている。この流量制御弁は、弁座の閉鎖面に垂直な開閉動作をする弁体が剛体によって構成されているため、弾性変形可能なダイアフラムを弁座の閉鎖面に直接押圧する構造の流量制御弁に比べて耐久性に優れている。この流量制御弁は、ピエゾアクチュエータが弁体を駆動していないときに弁が開くノーマル・オープン型の流量制御弁である。【０００５】
また、例えば、特許文献２には、閉鎖面を有する弁座と、バネによって弁座の閉鎖面に近づく方向に弾性力が与えられる弁体と、バネによる弾性力に逆らって弁体を弁座の閉鎖面から離れる方向に駆動するアクチュエータとを備え、弁体とアクチュエータとがダイアフラムによって互いに気密に隔離された流量制御弁の構造が開示されている。この流量制御弁は、アクチュエータが弁体を駆動していないときに弁が閉じるノーマル・クローズ型の流量制御弁である。【０００６】
ところで、半導体の製造プロセスにおいて、少ない流量範囲でのガスの流量を従来よりも正確に制御することが求められる場合がある。そのような場合、弁座の閉鎖面と、これと向き合う位置にある弁体の表面との隙間が小さいときであっても、その隙間の大きさを任意の値に正確に制御することが必要になる。このためには、弁座の閉鎖面と弁体の表面とが、いずれも面粗度ができるだけ小さくなるように平滑に加工されていて、かつ、互いに平行な位置関係を保つように配置されていることが好ましい。【０００７】
図３は、上記要求を満たすように設計された弁座の構造の例を示す模式図である。図３に例示された弁座２０は、内筒部２０ａと外筒部２０ｂとが一体に構成されている。底部から見た外筒部２０ｂの高さは、内筒部２０ａの高さに比べて、より高くなっている。内筒部２０ａの上端部には弁座２０の閉鎖面２０ｃが形成されている。外筒部２０ｂの内周側であって、かつ、内筒部２０ａの閉鎖面２０ｃよりも高い位置には弁体３が組み込まれている。弁体３は、弾性手段４によって閉鎖面２０ｃから離れる方向に弾性力が与えられている。【０００８】
閉鎖面２０ｃと外筒部２０ｂの上端面とは互いに平行な位置関係を保つように加工されている。したがって、外筒部２０ｂの上端面をダイアフラム５に当接させて固定することにより、閉鎖面２０ｃとダイアフラム５とを一定の距離だけ離れており、かつ、平行な位置関係に保つことができる。また、弁体３の上面と下面とは互いに平行な位置関係を保つように加工されている。したがって、弁体３の上面をダイアフラム５に当接させることにより、弁体３の下面とダイアフラム５とを一定の距離だけ離れており、かつ、平行な位置関係に保つことができる。このように、閉鎖面２０ｃと弁体３の下面とは、ダイアフラム５に対してそれぞれ平行に配置される。その結果、閉鎖面２０ｃと弁体３の下面とは互いに一定の距離だけ離れており、かつ、平行な位置関係に保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１０５５５１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９０４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図３に示された弁座２０において、閉鎖面２０ｃは、外筒部２０ｂの内周側であって、かつ、外筒部２０ｂの上端面よりも低い位置に配置されている。したがって、閉鎖面２０ｃを平滑にすることを目的としてラップ研磨機等によって閉鎖面２０ｃを研磨加工しようとすると、外筒部２０ｂに妨げられて工具の加工面を閉鎖面２０ｃに接触させることができない。このため、閉鎖面２０ｃをラップ研磨機等によって平滑に加工することができないという課題がある。【００１１】
この課題に対する解決策として、例えば、閉鎖面２０ｃを旋盤等によって粗加工した後、外筒部２０ｂの内径よりも小さな研磨部を有するバフ研磨機を手に持って研磨部を閉鎖面２０ｃに押し当てることによって、閉鎖面２０ｃを平滑に精密加工することが考えられる。しかし、この加工方法によっては、閉鎖面２０ｃを均一に加工することができない。したがって、流量制御弁に求められる閉鎖面２０ｃの平滑度、平面度及び平行度の要求水準を満たすことができない。【００１２】
本発明は、従来技術に係る流量制御弁が有する上記課題に鑑みてなされたものであり、平滑な閉鎖面を有し、少ない流量範囲でガスの流量を従来よりも正確に制御することができる流量制御弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る流量制御弁は、弁座と、弁体と、弾性手段と、弁体の駆動手段と、を有する流量制御弁であって、弁座は、内周側と外周側とを連通する一又は二以上の孔と、孔と連通して外周側に形成された溝部とからなる流体の流出路を有する外筒部材と、外筒部材の内周側に配置され、内周側に流体の流入路を有し、上端部に閉鎖面（弁座面）を有する内筒部材と、を有し、外筒部材の下部と内筒部材の下部とは気密に嵌め合わされている。【００１４】
この発明の構成において、弁体を構成する内筒部材を外筒部材から分離した状態で、内筒部材の上端部に形成された閉鎖面（弁座面）をラップ研磨機等の研磨面に載置して精密加工することができる。これにより、流量制御弁に求められる閉鎖面の平滑度、平面度及び平行度の要求水準を容易に満たすことができる。また、閉鎖面の精密加工が完了した内筒部材を外筒部材と互いに嵌め合わせることにより、平滑な閉鎖面を有する弁座を構成することができる。したがって、本発明に係る流量制御弁によれば、流量の少ない領域におけるガスの流量を従来よりも正確に制御することができる。【００１５】
本発明に係る質量流量制御装置は、本発明に係る流量制御弁を有している。この発明の構成において、従来よりも流量の少ない領域におけるガスの流量を正確に制御することができる質量流量制御装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、平滑な閉鎖面を有し、従来よりも流量の少ない領域におけるガスの流量を正確に制御することができる流量制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る流量制御弁の構造の例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る流量制御弁の弁座の構造の例を示す断面斜視図である。
【図３】従来技術に係る流量制御弁の構造の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態につき、図を用いて詳細に説明する。なお、ここで説明する実施の形態は本発明の実施の形態を例示するものにすぎず、本発明の実施の形態はここに例示する形態に限られない。また、本明細書において「上（うえ）」、「下（した）」という用語は、願書に添付された図面における上又は下の方向を意味しており、流量制御弁の実際の使用時における重力の方向とは無関係である。
【００１９】
図１は、本発明に係る流量制御弁の構造の例を示す模式図である。流量制御弁１は、弁座２と、弁座２の閉鎖面２１ｅに垂直な方向に開閉動作をする弁体３と、弁体３に対し閉鎖面２１ｅから離れる方向に弾性力を与える弾性手段４と、弾性手段４による弾性力に逆らって弁体３を閉鎖面２１ｅに向かって押し戻す方向（即ち、弾性手段４による弾性力とは逆の方向）に駆動する駆動手段と、を有する。
【００２０】
図１に例示された流量制御弁１は、リフト弁、すなわち少なくとも１つの構成要素が閉鎖面に垂直な開閉動作をする閉鎖部材をもつ締め切り装置、として構成されている。図１における弁体３がここでいう閉鎖部材に相当する。弁体３は、弁座２を構成する内筒部材２１の上端部に形成された閉鎖面２１ｅに対して垂直な方向に開閉動作をする。即ち、閉鎖面２１ｅは所謂「弁座面」に相当する。
【００２１】
駆動手段としては、例えば、圧電素子及びソレノイドコイルなどの電気的な手段を用いることができる。駆動手段は、電気的な手段によって発生させた駆動力を弁体３に伝達するための弁棒（ステム）６を備えることができる。弾性手段４としては、例えばコイルバネなどを用いることができる。
【００２２】
流量制御弁１を閉じる場合は、駆動手段によって弁体３を弾性手段４による弾性力に逆らって図１の下方に押し下げることにより、弁体３の下面を弁座２の閉鎖面２１ｅに当接させて流入路を閉鎖する。流量制御弁１を開く場合は、駆動手段による駆動力を減少させて、弾性手段４による弾性力によって弁体３を図１の上方に押し上げることにより、弁体３の下面を弁座２の閉鎖面２１ｅから隔離させる。これにより、弁体３と閉鎖面２１ｅとの間に隙間ができるので、流入路から流体が流れ出る。
【００２３】
弁座２、弁体３及び弾性手段４と、駆動手段とは、ダイアフラム５によって互いに気密に隔離されている。流量制御弁１をこのような構成にすることにより、ガスと接する部材を全て耐腐食性の高いステンレス鋼等の金属で構成することができる。したがって、腐食性のガスの流量を制御する場合であっても、ガスと接する部材の腐食に起因するガス漏れを有効に防止することができる。
【００２４】
流量制御弁１は、例えば、質量流量制御装置の本体に形成されたキャビティ内に組み込まれて使用される。質量流量制御装置は寸法に制限があるため、これに組み込まれる流量制御弁１はできるだけコンパクトに設計する必要がある。図１に例示された流量制御弁１は、キャビティ内に弁座２、弾性手段４、弁体３及びダイアフラム５が組み込まれ、ダイアフラム５がダイアフラム押え７と外筒部材２２との間に挟まれて、密着固定された構造となっている。
【００２５】
ダイアフラム５とキャビティとの気密を保持することを目的として、ダイアフラムパッキン８を使用することができる。また、弁座２とキャビティとの気密を保持することを目的として、メタルパッキン９を使用することができる。弁座２の内筒部材２１が有する流入路は、一次側流路１０と連通する。外筒部材２２が有する孔と溝部からなる流出路は、二次側流路１１と連通する。
【００２６】
図２は、本発明に係る流量制御弁の弁座の構造の例を示す断面斜視図である。この図において、弁座２をその中心軸を含む面で切断したときの断面がハッチングによって示されている。
【００２７】
弁座２は、内周側と外周側とを連通する一又は二以上の孔２２ｈと、孔２２ｈと連通する外周側に形成された溝部２２ｉとからなる流体の流出路を有する外筒部材２２と、外筒部材２２の内周側に配置され、内周側に流体の流入路２１ｄを有し、上端部に閉鎖面２１ｅを有する内筒部材２１と、からなる。内筒部材２１の閉鎖面２１ｅの上方に弁体３が載置され、弁座２と弁体３との間に弾性手段４が設けられる。
【００２８】
流量制御弁１が開いているときは、流体は図１の一次側流路１０から流入路２１ｄに入り、弁座２と弁体３との間の隙間を通って内筒部材２１と外筒部材２２との間の空間に流れ込む。それから、孔２２ｈ及び溝２２ｉからなる流出路を通って図１の二次側流路１１に流れ出る。流量制御弁１が閉じているときは、弁座２と弁体３とが閉鎖面２１ｅにおいてすき間なく密着することにより、流体の流れが完全に遮断される。
【００２９】
外筒部材２２の上端部２２ｊは、ダイアフラム５と当接する面となる。図１に示した例においては、外筒部材２２の上端部２２ｊの位置は、内筒部材２１の上端部（即ち、閉鎖面２１ｅ）の位置に対して弁体３の厚さよりも高くなるように構成されている。これにより、外筒部材２２の上端部２２ｊがダイアフラム５に当接したときに、外筒部材２２の内周側、かつ、内周部材２１の閉鎖面２１ｅよりも上方に、弁体３を組み込むための空間が確保される。この空間の高さは弁体３の厚さよりも高くなるように構成されているので、閉鎖面２１ｅに垂直な方向に弁体３を開閉動作させるために必要な空間的余裕が生まれる。但し、弁体３の開閉動作及びこれに伴うダイアフラム５の変形の妨げとならない限りにおいて、外筒部材２２の上端部２２ｊの位置、内筒部材２１の上端部の位置及び弁体３の厚さの関係は上記に限定されない。即ち、外筒部材２２の上端部２２ｊの位置は、内筒部材２１の上端部の位置に対して弁体３の厚さよりも低くなるように構成されていてもよく、或いは、内筒部材２１の上端部の位置に対して弁体３の厚さと同じ高さとなるように構成されていてもよい。
【００３０】
弁座２は、外筒部材２２の下部と内筒部材２１の下部とが気密に嵌め合わされることにより構成されている。これにより、内筒部材２１を外筒部材２２から分離した状態において、外筒部材２２の上端部２２ｊによって妨げられることなく、内筒部材２１の閉鎖面２１ｅの加工を行うことができる。閉鎖面２１ｅを平滑に加工した後に、内筒部材２１と外筒部材２２とを嵌め合わせることにより、内筒部材２１と外筒部材２２とからなる弁座２を構成して、閉鎖面２１ｅをダイアフラム５と平行な位置に正確に保持することができる。したがって、閉鎖面２１ｅの平滑度、平面度及び平行度を同時かつ容易に達成することが可能となり、流量制御弁１による流量制御の精度を容易に高めることができる。
【００３１】
本発明において、外筒部材２２の下部と内筒部材２１の下部との寸法は、内筒部材２１と外筒部材２２とが嵌め合わされたときに互いの位置がずれずに隙間なく気密に固定されるように調整されていることが好ましい。これにより、組立後の弁座２の寸法精度が向上するとともに、外筒部材２２と内筒部材２１との隙間から流体が漏れることを防止することができる。
【００３２】
本発明の好ましい実施の形態において、内筒部材２１の下部は、例えば図２に示すように、外側に向かって延びるフランジ部２１ｆを有し、外筒部材２２の下部は、フランジ部２１ｆの外周と気密に嵌め合わされている。図２に示した例において、フランジ部２１ｆは、内筒部材２１の下部と外筒部材２２の下部とを気密に連結するとともに、弾性手段４の下端を支える機能を有する。
【００３３】
フランジ部２１ｆの一部には、下方に円周状に突出したエッジ部２１ｇを設けることができる。エッジ部２１ｇは、流量制御弁１の集成時に対向する面と当接することにより、弁座２とキャビティとの気密を保持して、閉鎖面２１ｅが閉じているときに一次側流路１０から二次側流路１１に流体が漏れ出ることを防止する機能を有する。エッジ部２１ｇを設ける位置はフランジ部２１ｆに限られず、内筒部材２１の下部又は外筒部材２２の下部の一部に設けてもよい。また、上述したように、エッジ部２１ｇとキャビティとの間にメタルパッキン９をさらに設けてもよい。
【００３４】
図２に示された実施の形態とは異なる本発明の他の好ましい実施の形態において、外筒部材２２の下部は、内側に向かって延びるフランジ部を有し、内筒部材２１の下部は、フランジ部の内周と気密に嵌め合わされている。この実施の形態は、フランジ部が内筒部材２１の一部ではなく外筒部材２２の一部として構成されている点が上述した実施の形態と異なっている。しかしながら、この実施の形態におけるフランジ部の有する機能は、図２に示された実施の形態におけるフランジ部２１ｆの有する機能と同一である。
【００３５】
再び図２に戻ると、本発明の好ましい実施の形態において、流量制御弁１は、外筒部材２２の上端部２２ｊと弁体３の上面とにそれぞれ接触するように設けられた金属製のダイアフラム５をさらに有し、駆動手段は、ダイアフラム５の弁体３の上面と接触している面の反対側に位置する面に接触して設けられ、駆動手段による弁体３の駆動はダイアフラム５を介して行われる。この構成により、ガスの流路を開閉する弁を構成する弁座２、弁体３及び弾性手段４からなる部分と、弁を駆動する機能を有する駆動手段とが、金属製のダイアアラム５によって互いに気密に隔離される。したがって、腐食性のガスの流量を制御する場合であっても、ガスと接する部材の腐食に起因するガス漏れを有効に防止することができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施の形態において、弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さが１００ナノメートル以下である。ここで「算術平均粗さ（Ｒａ）」とは、例えば、日本工業規格  ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３に定義されているように、粗さ曲線の基準長さにおける平均値との差の絶対値の平均をいう。弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さは、例えば、触針式表面粗さ測定器などの測定機器を用いて計測することができる。本発明において、弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さは小さければ小さいほど好ましいので、算術平均粗さの下限は特に設けない。
【００３７】
弁座２の閉鎖面２１ｅにおいて１００ナノメートル以下の算術平均粗さを達成するには、例えば、弁座２を内筒部材２１と外筒部材２２に分離した状態で、内筒部材２１の閉鎖面２１ｅを旋盤等で機械加工した後、ラップ研磨機によって鏡面研磨する方法などを採用することができる。本発明において内筒部材２１を外筒部材２２から分離した状態においては、外筒部材２２の上端部２２ｊに妨げられることなく、内筒部材２１の閉鎖面２１ｅをラップ研磨機の加工面に押し当てながらラップ研磨することができる。したがって、本発明に係る流量制御弁においては、従来技術に係る流量制御弁に比べて、閉鎖面２１ｅの平滑度及び平面度を高めることができる。
【００３８】
弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さが１００ナノメートル以下であれば、算術平均粗さが１００ナノメートルを超える場合に比べて閉鎖面２１ｅの平滑度が高いので、閉鎖面２１ｅと弁体３の下面との間に形成される隙間の寸法が均一になる。また、閉鎖面２１ｅの凹凸に起因する乱流の発生が抑制される。これらの効果により、弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さが１００ナノメートル以下に調整された流量制御弁１によれば、そうでない流量制御弁に比べて、特に流量の少ない領域における流量の制御を正確に再現性よく行うことができる。弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さは５０ナノメートル以下であることがより好ましく、２５ナノメートル以下であることがさらに好ましい。弁座２の閉鎖面２１ｅの算術平均粗さは、例えばラップ研磨に使用する砥粒の大きさ及び／又は加工条件等を変更することにより調整することができる。
【００３９】
本発明において、弁座２の閉鎖面２１ｅだけでなく、これと向かい合う弁体３の下面についても、その算術平均粗さを１００ナノメートル以下にすることが好ましい。これにより、流量制御弁１の開閉動作が行われる弁座２の閉鎖面２１ｅ及び弁体３の下面の双方が理想的な平滑面となるので、本発明の効果をさらに高めることができる。弁体３の下面についても、その算術平均粗さは５０ナノメートル以下であることがより好ましく、２５ナノメートル以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
弁体３は一般に円盤形状などの板状の形状を有しており、その下面をラップ研磨するのに支障が生じるような形状を有していない。しかし、仮に特別な目的のためにラップ研磨に支障が生じるような形状を採用する必要がある場合は、弁座２と同様に弁体３を２以上の分離可能な部材によって構成することにより、本発明と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
本発明において、弁座２の閉鎖面２１ｅの平面度が２０マイクロメートル以下であることが好ましい。この場合、表面が単に平滑であるだけでなく平面度も高いので、流量制御弁１を閉じたときの流体の漏れを確実に防止することができる。また、流量の少ない領域における流量の制御をより正確に行うことが可能となる。
【００４２】
図３に示された内筒部２０ａと外筒部２０ｂとが一体に構成された弁座２０の場合は、内筒部２０ａの閉鎖面２０ｃの研磨を手作業によらなければならないため、閉鎖面２０ｃの平面度を２０マイクロメートル以下に加工することは極めて困難である。これに対し、本発明に係る弁座２の場合は、内筒部材２１を外筒部材２２から分離してラップ研磨を行うことができるので、閉鎖面２１ｅの平面度を２０マイクロメートル以下にすることはさほどの困難を伴わない。さらに、弁体３の下面の平面度についても２０マイクロメートル以下であることがより好ましい。
【００４３】
本発明において、弁座２の閉鎖面２１ｅの基準面に対する平行度は５０マイクロメートル以下であることが好ましい。この場合の基準面としては、エッジ部２１ｇに接する面又は内筒部材２１の外筒部材２２に嵌まる面などを採用することができる。平行度を５０マイクロメートル以下とすることにより、流量制御弁１を閉じるときの閉鎖面２１ｅの隙間を均一にすることができ、流量制御の精度を高めることができる。さらに、外筒部材２２の上端部と下部との平行度、弁体３の上面と下面との平行度についても、それぞれ５０マイクロメートル以下であることが好ましい。
【００４４】
上記「平面度」及び「平行度」は、例えば、定盤と接触式のダイヤルゲージを用いて測定することができる。また、平面度及び平行度は、非接触式のレーザー光を用いる測定などによっても求めることができる。本発明の好ましい実施の形態において、閉鎖面２１ｅの平面度及び平行度は小さければ小さいほど好ましいので、下限は特に設けない。
【００４５】
本発明はまた、流体の流量を測定する流量計と、流体の流量を制御する流量制御弁と、流量計からの流量信号に基づいて流量制御弁の弁開度を制御する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、流量制御弁は、本発明に係る流量制御弁１である質量流量制御装置の発明である。流量計及び制御回路には、従来の質量流量制御装置に組み込まれて使用される公知の技術を採用した流量計及び制御回路を用いることができる。本発明に係る質量流量制御装置においては、流量制御弁として本発明に係る流量制御弁１が採用されていることから、本発明に係る流量制御弁１によって達成される「流量の少ない領域におけるガスの流量を正確に制御することができる効果」を奏する。
【００４６】
本発明に係る流量制御弁１は、図１にハッチングで示された質量流量制御装置の本体に設けられたキャビティの内部に、弁座２及び弁体３などを組み込むことによって構成することができる。このような構成の場合、弁座２及び弁体３などを収容する弁箱を省略することができるので、流量制御弁１及び質量流量制御装置全体の寸法を小さくすることができる。
【００４７】
さらに、図３に示された内筒部２０ａと外筒部２０ｂとが一体に構成された弁座２０の場合は、前述したように、内筒部２０ａの閉鎖面２０ｃの研磨を例えばバフ研磨機などを用いる手作業によらなければならない。したがって、閉鎖面２０ｃのエッジ（面取りが施されている場合は面取りの稜線に該当するエッジ）が鈍く丸まってしまいがちである。これに対し、本発明に係る弁座２の場合は、前述したように、内筒部材２１を外筒部材２２から分離してラップ研磨を行うことができる。したがって、閉鎖面２０ｃのエッジ（面取りが施されている場合は面取りの稜線に該当するエッジ）が鈍く丸まり難く、鋭いエッジを形成することができる。このことも、本発明に係る流量制御弁１を閉じたときの流体の漏れを確実に防止することができ、かつ、流量の少ない領域における流量の制御をより正確に行うことが可能となる要因の１つであると考えられる。
【００４８】
加えて、本発明に係る流量制御弁１が有する弁座２は、前述したように、外筒部材２２の下部と内筒部材２１の下部とが気密に嵌め合わされることにより構成されている。従って、内筒部材２１のみの交換により、例えば、制御対象となる流体の流量レンジ（ＢＩＮサイズ）に応じた内径（断面積）を有する流入路２１ｄが形成された弁座２を容易に構成することができる。即ち、ＢＩＮサイズによらず同一の外筒部材２２を共通部品として使用することができるので、例えば、弁座２の製造コストの低減及び構成部品の在庫管理の容易化等の効果を奏する。
【００４９】
尚、上述した説明においては、本発明に係る流量制御弁１が、弁体３に対し閉鎖面２１ｅから離れる方向に弾性力を与える弾性手段４と、弾性手段４による弾性力に逆らって弁体３を閉鎖面２１ｅに向かって押し戻す方向に駆動する駆動手段と、を有する場合について説明した。即ち、上述した流量制御弁１は、ノーマル・オープン型の流量制御弁である。しかしながら、本発明はノーマル・クローズ型の流量制御弁にも適用可能である。即ち、本発明に係る流量制御弁は、閉鎖面に近付く方向の弾性力を弁体に与える弾性手段と、弾性手段による弾性力に逆らって弁体を閉鎖面から引き離す方向（即ち、弾性手段による弾性力とは逆の方向）に駆動する駆動手段と、を有する流量制御弁であってもよい。
【００５０】
また、上述した説明においては、略円筒形の外筒部材２２と、外筒部材２２の内周側に同心円状（同軸状）に配置された略円筒形の内筒部材２１と、からなる弁座２について説明した。しかしながら、流量制御弁としての作動及び機能などにおいて特段の支障が無い限りにおいて、外筒部材及び内筒部材は必ずしも同心円状（同軸状）に配置されている必要は無く、外筒部材及び内筒部材の中心（軸）の位置が一致していなくてもよい。また、外筒部材及び内筒部材は必ずしも略円筒形の形状を有する必要も無く、例えば、それぞれが略楕円筒形又は略多角筒形等の形状を有していてもよい。さらに、外筒部材と内筒部材とは必ずしも同一（相似）の形状を有する必要も無く、それぞれが異なる断面形状を有する略筒状の形状を有していてもよい。
【００５１】
更に、上述した説明においては、流量制御弁１が開いているとき、流体が、一次側流路１０から流入路２１ｄに入り、弁座２と弁体３との間の隙間を通って内筒部材２１と外筒部材２２との間の空間に流れ込み、孔２２ｈ及び溝２２ｉからなる流出路を通って二次側流路１１に流れ出る構成について説明した。しかしながら、流体が流れる方向は上記と逆であってもよい。即ち、流量制御弁１が開いているとき、流体が、二次側流路１１から溝２２ｉ及び孔２２ｈを通って内筒部材２１と外筒部材２２との間の空間に流れ込み、弁座２と弁体３との間の隙間を通って流入路２１ｄに入り、一次側流路１０から流れ出る構成もまた採用され得る。
【符号の説明】
【００５２】
１  流量制御弁
２  弁座
２０  弁座（一体型）
２０ａ  内筒部
２０ｂ  外筒部
２０ｃ  閉鎖面（弁座面）
２１  内筒部材
２１ｄ  流入路
２１ｅ  閉鎖面
２１ｆ  フランジ部
２１ｇ  エッジ部
２２  外筒部材
２２ｈ  孔（流出路）
２２ｉ  溝（流出路）
２２ｊ  上端部（ダイアフラム当接面）
３  弁体
４  弾性手段
５  ダイアフラム
６  弁棒（ステム）
７  ダイアフラム押え
８  ダイアフラムパッキン
９  メタルパッキン
１０  一次側流路
１１  二次側流路
【図１】
2018062516.tif 000003
【図２】
2018062516.tif 000004
【図３】
2018062516.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月17日(2018.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座と、
前記弁座の閉鎖面に垂直な方向に開閉動作をする弁体と、
前記弁体に対し前記閉鎖面から離れる方向又は前記閉鎖面に近付く方向に弾性力を与える弾性手段と、
前記弾性手段による弾性力とは逆の方向に前記弁体を駆動する駆動手段と、を有する流量制御弁であって、
前記弁座は、内周側と外周側とを連通する一又は二以上の孔と、前記孔と連通して外周側に形成された溝部とからなる流体の流出路を有する外筒部材と、前記外筒部材の内周側に配置され、内周側に流体の流入路を有し、上端部に前記閉鎖面を有する内筒部材と、を有し、
前記外筒部材の下部と前記内筒部材の下部とは気密に嵌め合わされており、
前記内筒部材の下部は、外側に向かって延びるフランジ部を有し、
前記外筒部材の下部は、前記フランジ部の外周と気密に嵌め合わされている
流量制御弁。
【請求項２】
弁座と、
前記弁座の閉鎖面に垂直な方向に開閉動作をする弁体と、
前記弁体に対し前記閉鎖面から離れる方向又は前記閉鎖面に近付く方向に弾性力を与える弾性手段と、
前記弾性手段による弾性力とは逆の方向に前記弁体を駆動する駆動手段と、を有する流量制御弁であって、
前記弁座は、内周側と外周側とを連通する一又は二以上の孔と、前記孔と連通して外周側に形成された溝部とからなる流体の流出路を有する外筒部材と、前記外筒部材の内周側に配置され、内周側に流体の流入路を有し、上端部に前記閉鎖面を有する内筒部材と、を有し、
前記外筒部材の下部と前記内筒部材の下部とは気密に嵌め合わされており、
前記外筒部材の下部は、内側に向かって延びるフランジ部を有し、
前記内筒部材の下部は、前記フランジ部の内周と気密に嵌め合わされている
流量制御弁。
【請求項３】
前記外筒部材の上端部の位置は、前記内筒部材の閉鎖面の位置に対して前記弁体の厚さよりも高くなるように構成されている、
請求項１または請求項２に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記外筒部材の上端部と前記弁体の上面とにそれぞれ接触するように設けられた金属製のダイアフラムをさらに有し、
前記駆動手段は、前記ダイアフラムの前記弁体の上面と接触している面の反対側に位置する面に接触して設けられ、前記駆動手段による前記弁体の駆動は前記ダイアフラムを介在して行われる
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記弁座の閉鎖面の算術平均粗さが１００ナノメートル以下である
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の流量制御弁。
【請求項６】
流体の流量を測定する流量計と、
流体の流量を制御する流量制御弁と、
前記流量計からの流量信号に基づいて前記流量制御弁の弁開度を制御する制御回路と、を有する質量流量制御装置であって、
前記流量制御弁は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の流量制御弁である
質量流量制御装置。
【請求項７】
（削除）
【国際調査報告】
2018062516.tif 000006
2018062516.tif 000007
2018062516.tif 000008
2018062516.tif 000009