(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制御装置において、前記流体制御弁が設けられる本体ブロックに接続される継手ブロックの内部に流路を形成し、二段階にわたってガスを絞り込むため前記流路を前記絞り機構としてのノズルとこのノズルの上流側に位置し前記ノズルに連通する絞り流路を含むように構成し、さらに、継手ブロックの内部にこれを加熱するためのヒータを設け、また、前記流路は継手ブロックの中心を貫通するように形成されており、さらに、前記流路は、継手ブロックの上流側に設けたフランジ部の端面に形成されたザグリ部を有する導入部と、これに連なる前記絞り流路と、絞り機構としての末広がり状態の前記ノズルとからなる一方、シール部材を前記ザグリ部に嵌め込んだ状態で、本体ブロックの下流側の端面に前記フランジ部を当接させ、ねじ部材によって継手ブロックが本体ブロックに対して着脱自在に固定されるとともに、継手ブロックの前記フランジ部の側部には穴が形成してあり、この穴に蓋を兼ねた取り付け部材に固定された前記ヒータを埋設できるように構成されていることを特徴とする圧力式流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスなどの流体の流量を制御する圧力式流量制御装置、特に、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルを通るガス流の特徴の一つに、ノズルの上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の圧力比Ｐ2 ／Ｐ1 がガスの臨界圧力比（空気や窒素などの場合約０．５）が０．５以下になると、ノズルを通るガスの流速が音速となって、ノズル下流側の圧力変動が上流側に伝播しなくなり、ノズル上流側の状態に相応した安定した質量流量を得ることができるといった事象がある。
【０００３】
上述の事象を応用した装置として、例えば特開平８−３３５１１７号公報や特開平８−３３８５４６号公報などに開示された圧力式流量制御装置がある。この圧力式流量制御装置は、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態で流体の流量制御を行うもので、従来のマスフローコントローラなどの流体制御装置に比べて、流量制御を高精度で行うことができるといった利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されている圧力式流量制御装置においては、流体制御弁が設けられる本体ブロック内に絞り機構を組み込み、本体ブロックに継手を接続したものであり、継手と絞り機構とが別体構成のものであった。このような構成のものにおいては、構成部品が多くなり、装置全体の構成が複雑となり、小型化が困難であった。そして、継手と絞り機構とが一体構成でないために、デッドボリュームが生ずるとともに、リークするおそれが多分にあり、リークが生ずると絞り部分以外の流路が生じて、この種の流量制御装置の優れた特性が損なわれてしまうことになる。また、絞り機能を本体ブロック内に組み込む際、その流路を外部から遮断するためＯリングなどのシール部材を用いたり、溶接などの手法を用いなければならない。
【０００５】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、構成部品が少なく小型でデッドボリュームやリークが生ずることがない優れた性能を有する圧力式流量制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制御装置において、前記流体制御弁が設けられる本体ブロックに接続される継手ブロックの内部に流路を形成し、二段階にわたってガスを絞り込むため前記流路を前記絞り機構としてのノズルとこのノズルの上流側に位置し前記ノズルに連通する絞り流路を含むように構成し、さらに、継手ブロックの内部にこれを加熱するためのヒータを設け、また、前記流路は継手ブロックの中心を貫通するように形成されており、さらに、前記流路は、継手ブロックの上流側に設けたフランジ部の端面に形成されたザグリ部を有する導入部と、これに連なる前記絞り流路と、絞り機構としての末広がり状態の前記ノズルとからなる一方、シール部材を前記ザグリ部に嵌め込んだ状態で、本体ブロックの下流側の端面に前記フランジ部を当接させ、ねじ部材によって継手ブロックが本体ブロックに対して着脱自在に固定されるとともに、継手ブロックの前記フランジ部の側部には穴が形成してあり、この穴に蓋を兼ねた取り付け部材に固定された前記ヒータを埋設できるように構成されている。
【０００７】
上記圧力式流量制御装置によれば、絞り機構を継手ブロック内部に形成しているので、両者が一体化され、部品点数が少なくなり、構成が簡単になる。また、デッドボリュームや絞り機構におけるリークがなくなるとともに、全体としてコンパクトな圧力式流量制御装置を構成することができ、この種の流量制御装置の優れた特性を損なうことがなくなる。
【０００８】
そして、前記ヒータによって、絞り機構を通過する流体が断熱膨張し、流体そのものが凝縮するのを防止するようにしてあるので、高沸点のガスを制御する場合に特に有用である。
【０００９】
また、継手ブロックを本体ブロックに対して着脱自在に接続する構成にしてあるので、ガスの種類に最適な継手ブロックを選択して接続することができる。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施の形態を示す。まず、図１は、この発明の圧力式流量制御装置の一例を示し、この図において、１は例えば直方体状の本体ブロックで、例えばステンレス鋼よりなる。この本体ブロック１の一端側には、ガスなど流体の導入用の継手ブロック２が溶接によって一体的に連設され、他端側には、流体導出用の継手ブロック３がねじ止めによって連設されている。この継手ブロック３も例えばステンレス鋼よりなる。
【００１２】
前記本体ブロック１の内部には、上流側が継手ブロック２に連なり、下流側が継手ブロック３に連なるガス流路４が形成され、このガス流路４の途中にガス流量を制御する流体制御弁５と圧力センサ６が設けられている。
【００１３】
前記流体制御弁５は、次のように構成されている。すなわち、本体ブロック１の上面側に延設された上流側のガス流路４ａには、弁口７と、下流側のガス流路４ｂに連なる流路８とを備えたオリフィスブロック９が設けられるとともに、弁頭部１０とプランジャ部１１とからなり、弁口７の開度を調節する弁体１２が弁頭部１０を弁口７に近接した状態で設けられている。そして、この弁体１２は、本体ブロック１の上部に設けられた弁ブロック１３の下部空間内に設けられた金属製のダイヤフラム１４によって、通常時、オリフィスブロック９の上面との間に若干の隙間が形成されるように、上下動自在に保持されている。
【００１４】
１５は弁体１２を上下方向に押圧駆動する圧電素子型アクチュエータで、弁ブロック１３に螺着された筒状のケース１６内に収容されている。この圧電素子型アクチュエータ１５に所定の電圧を加えることにより、伝達部材としてのルビーボール１７を介して弁体１２が押圧駆動され、これによって、弁口７の開度が調整され、流体流路４を流れるガスの流量が制御される。
【００１５】
前記圧力センサ６は、例えば歪みセンサよりなり、流体制御弁５の下流側の流路４ｂに形成された凹部１８に臨むようにして設けられている。
【００１６】
ここまでの構成は、従来の圧力式流量制御装置の構成と変わるところがない。この発明の圧力式流量制御装置が従来のそれと異なる点は、前記下流側の継手ブロック３内に絞り機構を設けたことである。以下、継手ブロック３および絞り機構の構成について、図２および図３をも参照しながら説明する。
【００１７】
前記継手ブロック３は、図２および図３にも示すように、一端部側（上流側）に本体ブロック１の下流側の端面に対応するフランジ部１９が形成され、他端側（下流側）の外周にねじ部２０が形成されている。そして、この継手ブロック３のほぼ中心を貫通するように流路２１が形成されている。この流路２１は、上流側の端面に形成されるザグリ部２２を有する導入部２３と、これに連なる細径の流路２４と、絞り機構としての末広がり状態のノズル２５とからなり、二段階にわたってガスを絞り込める構成にしてある。なお、このノズル２５の最も細い部分２５Ａの内径は、例えば０．１〜０．７ｍｍ程度である。
【００１８】
そして、前記継手ブロック３は、適宜のシール部材２６をザグリ部２２に嵌め込んだ状態で、本体ブロック１の下流側の端面にフランジ部１９を当接し、ねじ部材２７によって固定される。なお、２８は本体ブロック１の下流側の端面側に形成されるねじ部、２９はフランジ部１９に形成されるねじ挿通孔である。
【００１９】
また、継手ブロック３のフランジ部１９の側部には穴３０が適宜形成してあり、この穴３０に蓋を兼ねた取り付け部材３１に固定されたヒータ３２を埋設できるようにしてある。３３は取り付けねじである。
【００２０】
上記構成の圧力式流量制御装置においては、絞り機構２５が継手ブロック３の内部に形成されているので、両者３，２５が一体化され，それだけ、部品点数が少なくなり、構成が簡単になるとともに、装置全体をコンパクトに構成できる。そして、デッドボリュームや絞り機構２５におけるリークがなくなることにより、性能がより優れた圧力式流量制御装置を得ることができる。
【００２１】
そして、上記実施の形態においては、内部に絞り機構２５を形成した継手ブロック３が流体制御弁５や圧力センサ６を形成した本体ブロック１に対してねじ止めされているので、着脱自在であり、ガスの種類に最適な継手ブロックを選択して接続することができる。
【００２２】
また、継手ブロック３の内部にこれを加熱するためのヒータ３２を設けているので、特に、制御対象であるガスが高沸点のガスであるような場合、これが絞り機構２５を通過する際、断熱膨張して、ガスそのものが凝縮するのを効果的に防止することができる。
【００２３】
さらに、上記実施の形態においては、絞り機構２５をノズルで構成し、しかも、二段階にわたってガスを絞り込めるようにしてあるので、ガスを滑らかに通過させることができるといった利点がある。
【００２４】
この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。以下、これについて、図４〜図８を参照しながら説明する。
【００２５】
図４は、継手ブロック３内の流路２１に設けられる絞り機構として、末広がりの流路３３を備えたディフューザ３４を用い、このディフューザ３４の下流側の流路３５をやや大径に形成したものを示している。
【００２６】
【００２７】
上述の各実施の形態は、継手ブロック３が本体ブロック１に対してねじ止めされ、着脱自在な構成であったが、図５に示すように、本体ブロック１に継手ブロック３を溶接によって固着するようにしてもよい。同図（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、絞り機構がノズル２５、オリフィス３６の例を示している。前者の場合、ガスなどの流体を滑らかに通過させることができ、後者の場合、加工が簡単である。また、３７，３８はそれぞれ、本体ブロック１、継手ブロック３から突設された連結部材で、これらを突き合わせて、符号３９で示すように、溶接するのである。このように溶接したものでは、シール部材などを設ける必要がなく、リークを生ずるおそれもない。
【００２８】
図６は、絞り機構を継手ブロック３とは別体で形成し、これを継手ブロック３内に溶接などの手法で固定するようにしたもので、同図における符号４０は絞り機構としてのノズルを示している。このように構成した場合、絞り機構を精度よく形成できるとともに、継手ブロック３全体における加工などが簡単になる。
【００２９】
図７は、圧力センサ６の他の実施態様を示すもので、本体ブロック１内の下流側の流路４ｂのうち、その一部を楕円形状の断面として、その楕円形の長軸方向の表面にチップ状の圧力センサ６Ａを貼り付けてなるものである。
【００３０】
【発明の効果】
この発明の圧力式流量制御装置は、絞り機構を、流体制御弁が設けられる本体ブロックに接続される継手ブロックの内部に設け、継手ブロックと絞り機構とを一体化しているので、部品点数が少なくなり、構成が簡単になるとともに、装置全体をコンパクトに構成できる。そして、デッドボリュームや絞り機構におけるリークがなくなる。したがって、性能がより優れた圧力式流量制御装置をコンパクトな形態で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の圧力式流量制御装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】  前記圧力式流量制御装置に用いられる継手ブロックの一例を拡大断面図とともに示す図である。
【図３】  前記継手ブロックの本体ブロックに対する取り付け構造を示す分解斜視図である。
【図４】  継手ブロックの他の実施の形態を拡大断面図とともに示す図である。
【図５】  継手ブロックの本体ブロックに対する取り付け構造の他の実施の形態を示す断面図である。
【図６】  継手ブロックの他の製作方法を示す断面図である。
【図７】  前記圧力式流量制御装置に用いられる圧力センサの取り付け構造の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…本体ブロック、３…継手ブロック、５…流体制御弁、２１…流路、２４…絞り流路、２５…ノズル、３２…ヒータ、３６…オリフィス。
【図１】
0004012306.tif 000002
【図２】
0004012306.tif 000003
【図３】
0004012306.tif 000004
【図４】
0004012306.tif 000005
【図５】
0004012306.tif 000006
【図６】
0004012306.tif 000007
【図７】
0004012306.tif 000008