JP4414269B2 - 電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイルに与える印加電流により発生する吸引力に比例して、制御流体の流量を制御する電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法に関する。

従来、例えば、半導体製造工程では、微細加工が進み、プロセスガスなどの制御流体を電磁比例弁で精密に制御している。半導体製造工程では、例えば、パーティクルの発生を防止するために、フラッパ式の電磁比例弁が使用されている。

図８は、フラッパ方式を採用する電磁比例弁１００の断面図である。
電磁比例弁１００は、ボディ１０１に入口流路１０２と出口流路１０３とが形成されており、その連通部分に弁室１０４が設けられている。弁室１０４には、弁座１０５が設けられ、入口流路１０２と出口流路１０３とが弁座１０５を介して連通している。また、ボディ１０１には、磁性材体からなる保持部材１０６が嵌め込まれ、ボディ１０１と保持部材１０６との間に板バネ１０７が狭持されている。板バネ１０７の中心部には、弁シート１０９が取り付けられ、板バネ１０７の取付荷重によって弁シート１０９を弁座１０５に押しつけている。板バネ１０７は、プランジャ１１０に溶接接合され、一体構造とされている。板バネ１０７の外縁部は上スペーサ１１７と下スペーサ１１８に挟み込まれ、板バネ１０７をプランジャ１１０や弁座１０５などに対して位置調整している。
一方、固定鉄心１１２は、非磁性体からなる環状の嵌装部材１１１を介して保持部材１０６に支持され、プランジャ１１０と同軸上に配設されている。固定鉄心１１２は、コイル１１３が巻回されたコイルボビン１１４に装填され、コイル１１３に電流を供給すると、固定鉄心１１２や保持部材１０６が励磁されて、板バネ１０７の復元力に抗してプランジャ１１０を吸引するようになっている。ボンネット１１５は、コイルボビン１１４に被せられて下端開口部が保持部材１０６に接触し、固定ネジ１１６を介して固定鉄心１１２に固定されている。

こうした電磁比例弁１００は、コイル１１３が固定鉄心１１２と保持部材１０６とボンネット１１５に周りを囲まれて磁気回路が形成されており、プランジャ１１０の自重と板バネ１０７による押圧力の合成力（シール荷重）に対して、固定鉄心１１２に発生する吸引力がバランスする点で、作動を行う。つまり、電磁比例弁１００は、コイル１１３に与える印加電流により発生する吸引力に比例して、制御流体の流量を制御する。プランジャ１１０に作用する固定鉄心１１２の吸引力は、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間で決定されるため、電磁比例弁１００では、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離を上スペーサ１１７の厚さを変えることにより流量特性を調整している。

図９は、流量特性を示す図である。図１０は、従来の電磁比例弁１００の吸引力特性を示す図である。
電磁比例弁１００は、板バネ１０７が所定のバネ定数を有することを前提として、プランジャ１１０の動作ストロークＳｔを０．１５ｍｍに設定すると、図９に示す流量特性Ａが得られ、動作ストロークＳｔを０．１０ｍｍに設定すると、図９に示す流量特性Ｂが得られ、動作ストロークＳｔを０．２０ｍｍに設定すると、図９に示す流量特性Ｃが得られるものとする。この条件の下、電磁比例弁１００の流量特性の調整について説明する。

電磁比例弁１００は、板バネ１０７を基準面に合わせて所定のシール荷重を確保し、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離が所定値Ｓになるように上スペーサ１１７の厚さを調整して組み立てられる。この場合、板バネ１０７は、図１０のバネ線図Ｋに示すように所定のバネ定数を有し、コイル１１３に印加磁力を４００ＡＴ与えると、固定鉄心１１２は図示するような吸引力カーブを描く。電磁比例弁１００は、コイル１１２に与える印加電流により発生する吸引力が板バネ１０７の取付荷重より大きくなると（Ｌ１点）、プランジャ１１０が動き出し、流体が流れ始める。このＬ１を弁が開き始める開弁開始位置とする。その後、電磁比例弁１００は、吸引力がプランジャ１１０にかかる力とＦ１点でバランスし、プランジャ１１０がＬ２まで移動する。そのため、プランジャ１１０の動作ストロークＳｔは、Ｌ１からＬ２までの距離０．１５ｍｍとなり、電磁比例弁１００は流量特性Ａに調整される。なお、流量特性Ａに調整された電磁比例弁１００を基本状態とする。

また、電磁比例弁１００を流量特性Ｂに調整する場合、基本状態より上スペーサ１１７を厚くして、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離を所定値Ｓより大きくする。この場合、コイル１１２に印加磁力４００ＡＴを与えたときの吸引力カーブは、図１０に示すように変わらないものの、板バネ１０７のセット位置が変化するため、バネ線図Ｋが図中右方向に平行移動してバネ線図Ｋ１に設定される。そのため、開弁開始位置Ｌ１が開弁開始位置Ｌ３に変更され、プランジャ１１０の動作ストロークＳｔが０．１０ｍｍとなり、電磁比例弁１００は流量特性Ｂに調整される。

また、電磁比例弁１００を流量特性Ｃに調整する場合、基本状態より上スペーサ１１７を薄くして、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離を所定値Ｓより小さくする。この場合、コイル１１２に印加磁力４００ＡＴを与えたときの吸引力カーブは、変わらないものの、板バネ１０７のセット位置が変化するため、バネ線図Ｋが図中左方向に移動してバネ線図Ｋ２に設定される。そのため、開弁開始位置Ｌ１が開弁開始位置Ｌ４に変更され、プランジャ１１０の動作ストロークＳｔが０．２０ｍｍとなり、電磁比例弁１００は流量特性Ｃに調整される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３５７２８０号公報

しかしながら、従来の電磁比例弁１００は、例えば、プランジャ１１０を数μｍの精度で作動調整して流量制御を行う場合、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離を数十μｍのオーダで調整しなければならず、流量特性の調整が困難であった。
すなわち、電磁比例弁１００は、ボディ１０１に対して下スペーサ１１８、板バネ１０７、上スペーサ１１７を積み重ね、さらにボディ１０１に保持部材１０６を嵌め込むことにより、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離の精度を絶対的に出しており、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離が、部品公差や組立公差の影響を受けて製品毎にばらつきやすかった。バラツキ解消策の１つとして、部品の寸法精度を向上させることが考えられるが、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離を数十μｍのオーダで調整する必要性から限界があった。そのため、電磁比例弁１００は、各部品の部品公差を計って上スペーサ１１７の厚さを決定し、プランジャ１１０と固定鉄心１１２との間の距離を調整しており、部品の組立工数が多かった。また、製品を組み立てた後に希望の流量特性が得られないことが判明すると、部品を分解して上スペーサ１１７の厚さを再調整しなければならず、流量特性の調整に手間がかかっていた。

これに対して、出願人らは、特願２００２−３５５１２１号において、板バネの外縁部に折曲部を設け、ボディに保持部材をねじ込む量に応じて折曲部を弾性変形させて、板バネのセット位置を調整する技術を提案した。この技術によれば、プランジャと固定鉄心との間の距離の精度を絶対的に出す必要がないため、組立工数を減らすことができた。ところが、特願２００２−３５５１２１号の電磁比例弁は、ボディと保持部材とを溶接して組み立てた後に流量特性を調整できない不都合があった。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、製品組立後でも電磁比例弁の流量特性を容易に調整することができる電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法は、次のような構成を有している。
（１）コイルが巻き付けられる円筒中空形状のコイルボビンと、コイルボビンの中空孔に固設される固定鉄心と、第１流路と第２流路とが形成されたボディと、第１流路と第２流路とを連通させる弁座と、弁座に当接又は離間する弁体と、弁体と一体化されて固定鉄心と同軸上に配設される可動鉄心と、可動鉄心を弁座方向に常時付勢する付勢部材と、コイルボビンとボディとの間に介在する中間連結体と、中間連結体に接触するようにコイルボビンに着脱可能に被せられる被覆部材と、を有し、固定鉄心と中間連結体と被覆部材とがコイルの周りを囲んで磁気回路を形成し、コイルに供給する印加電流に応じて固定鉄心が可動鉄心を付勢部材に抗して吸引することにより、流量調整を行う電磁比例弁に用いられ、被覆部材を軸方向に移動させ、磁気回路を変化させる移動手段を有すること、移動手段は、固定鉄心を、ボディ側からコイルボビンの中空孔に固定される第１固定鉄心と、ボディと反対側からコイルボビンの中空孔に回転可能に装填される第２固定鉄心とに分割し、第１固定鉄心に第２固定鉄心を螺合することと、被覆部材を第２固定鉄心に面接触させて固定する固定部材と、を有することを特徴とする。

（２）（１）に記載の電磁比例弁の流量特性調整機構を用いて、コイルに印加電流を供給しない状態で第１流路に流体を供給し、コイルに所定の印加電流を供給して、第２流路から出力される流体の流量を流量測定手段で測定し、流量測定手段が所定値を測定するまで、移動手段により被覆部材を軸方向に移動させて磁路を変化させ、流量調整を行うことを特徴とする。

上記構成を有する電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法は、以下の作用効果を奏する。
電磁比例弁は、コイルに通電しない状態では、可動鉄心が付勢部材により弁座側に付勢され、弁体を所定のシール荷重で弁座に押し付けている。コイルに所定の印加電流を供給すると、コイルの周りに磁路が形成され、固定鉄心が励磁される。可動鉄心は、固定鉄心に吸引されて、固定鉄心の吸引力と付勢部材の付勢力とがバランスする位置まで移動し、弁体を弁座から離間させる。これにより、流体は、第１流路から弁座を通過するときに弁開度に応じて流量調整された後、第２流路から出力される。

かかる電磁比例弁は、コイルが固定鉄心と中間連結体と被覆部材とに周りを囲まれて磁気回路が形成され、コイルに通電すると、コイルの周りに磁路が形成される。電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法は、磁路が変化すると、固定鉄心の吸引力が変化することに着目し、コイルの周りに形成される磁路を変化させて、印加電流に対する流量を調整する。

電磁比例弁は、被覆部材がコイルボビンに着脱可能に装着され、製品組立後でも移動手段を操作することにより軸方向に移動する。被覆部材が軸方向に移動すると、被覆部材と中間連結体との接触面積が変動して磁気回路が変化し、磁路が広げられたり狭められたりする。磁路が広げられると、磁気回路上の磁気抵抗が低下するため、固定鉄心の吸引力が大きくなる一方、磁路が狭められると、磁気回路上の磁気抵抗が増加するため、固定鉄心の吸引力が小さくなる。可動鉄心は、固定鉄心に吸引されて移動するため、固定鉄心の吸引力の変化に応じて移動量が変化し、弁体が弁座から離間する弁開度が変化する。よって、電磁比例弁は、被覆部材を軸方向に移動させて固定鉄心の吸引力を調整し、最終的に、印加電流と流量の比例特性である流量特性を調整することが可能である。

具体的には、電磁比例弁の流量特性を調整する場合、各部品の部品公差を測らずに電磁比例弁を組み立て、コイルに通電しない状態で第１流路に流体を供給する。流体は、第１流路から弁座まで流れて遮断される。
次に、コイルに所定の印加電流を供給し、コイルの周りに磁界を発生させ、固定鉄心を励磁する。可動鉄心は、固定鉄心の吸引力に応じて移動し、弁体を弁座から離間させる。流体は、第１流路から弁座を通過するときに、弁体が弁座から離間する弁開度によって流量調整され、第２流路から出力される。そこで、第２流路から出力される流体の流量を流量測定手段で測定する。
次に、流量測定手段の測定結果を見ながら移動手段を操作し、被覆部材を軸方向に移動させて被覆部材と中間連結体との接触面積を変動させることにより、固定鉄心の吸引力を変化させ、流量測定手段の測定結果を所定値に合わせる。ここで、所定値とは、コイルへの印加電流に対する目標流量をいう。これにより、電磁比例弁を希望の流量特性に調整することが可能である。

従って、本発明の電磁比例弁の流量特性調整機構及び電磁比例弁の流量特性調整方法によれば、製品組立後でも電磁比例弁の流量特性を容易に調整することができる。

この場合に、被覆部材をネジ送り機構によって軸方向に移動させれば、ネジ送りの送り量によって被覆部材の位置を微調整することができる。

被覆部材と固定鉄心との間に弾性部材を配設し、被覆部材に貫き通した固定ネジを弾性部材の弾圧力に抗して固定鉄心にねじ込み、被覆部材を位置調整すると、被覆部材と中間連結体の接触面積が変化する他、被覆部材と固定鉄心との間のギャップも変化し、磁路が変化する。よって、本発明によれば、被覆部材と中間連結体の接触面積、及び、被覆部材と固定鉄心との間のギャップが相対的に変動して磁路が変化するので、固定鉄心の吸引力の変化率が大きくなり、流量特性の調整をより精密に行うことができる。

また、固定鉄心が第１固定鉄心と第２固定鉄心とに分割し、第２固定鉄心を第１固定鉄心に螺合する場合、第１固定鉄心と第２固定鉄心との間にギャップが設けられる。そのギャップは、第２固定鉄心をつまんで回転させ、第１固定鉄心に対するねじ込み量を調整することにより変化する。被覆部材は、第２固定鉄心に面接触するようにコイルボビンに被せられて、中間連結体と接触する。そのため、被覆部材は、第２固定鉄心の位置によって位置調節され、被覆部材と中間連結体との接触面積が変化する。よって、本発明によれば、被覆部材と中間連結体の接触面積、及び、第１固定鉄心と第２固定鉄心との間のギャップが相対的に変動して磁路が変化するので、固定鉄心の吸引力の変化率が大きくなり、流量特性の調整をより精密に行うことができる。

また、被覆部材をコイルボビンに被せた後、被覆部材をつまんで回転させることにより、被覆部材側の雌ネジ部をコイルボビン側の雄ネジ部にねじ込むと、被覆部材が軸方向に移動する。
よって、本発明によれば、工具を用いずに被覆部材を軸方向に移動させることができ、利便性がよい。

（第１参考例）
次に、参考例に係る電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法について、第１参考例を図面を参照しながら説明する。図１は、電磁比例弁１Ａの断面図であって、流量特性調整後の状態を示す。図２は、電磁比例弁１Ａの断面図であって、流量特性調整前の状態を示す。
電磁比例弁１Ａは、例えば、半導体製造工程のプロセスガスを制御するために用いられ、コイル１７の電磁吸引力に比例してプランジャ（「可動鉄心」に相当するもの。）１０を吸引移動させ、弁シート（「弁体」に相当するもの。）１２を弁座６から分離させることにより、制御流体の流量制御を行うものである。

電磁比例弁１Ａは、ボディ２とコイルボビン１６とを第１コア（「中間連結体」に相当するもの。）９を介して連結し、ボンネット（「被覆部材」に相当するもの。）１９を第１コア９に接触させるようにコイルボビン１６に被せることにより、外観が略円柱形状に構成されている。

ボディ２は、入口流路（「第１流路」に相当するもの。）３と出口流路（「第２流路」に相当するもの。）４とが形成されたブロック状をなす。弁室５は、第１流路３と同軸上に設けられて、第１流路３と第２流路４とを連通させており、入口流路３が開口する開口部の周りに弁座６が環状に突設されている。ボディ２は、弁座６の周りに段差７が設けられ、板バネ８の基準面を設定している。板バネ８は、外径がボディ２の開口部と略同径に設定され、ボディ２の段差７に載置した後に第１コア９をボディ２に嵌め込むことにより、外縁部がボディ２と第１コア９との間で狭持される。板バネ８の中央部には、プランジャ１０が溶接接合されている。プランジャ１０は、弁体収納部１１に弁シート１２を装着した状態で板バネ８に重ね合わされ、板バネ８をプランジャ１０に対してスポット溶接することにより、板バネ８とプランジャ１０と弁シート１２を一体構造にしている。弁シート１２は、ゴム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＴＥＥ（四フッ化エチレン樹脂）などの熱可塑性を有する弾性体で形成され、弁座６に当接するシール面に鏡面加工を施してシール性能を向上させている。

第３コア（「固定鉄心」に相当するもの。）１５は、強磁性材料を円柱形状に成形したものであり、第２コア１４を介して第１コア９に圧入して溶接又はろう付けすることにより保持されている。コイルボビン１６は、磁性材料を中空円筒形状に形成したものであり、胴部にコイル１７が巻き付けられている。コイルボビン１６は、第１コア９と第２コア１４に突き当たるように第３コア１５に嵌め合わされている。第３コア１５は、座金（「弾性部材」に相当するもの。）１８を収納する分だけ、コイルボビン１６の中空孔内に入り込んでいる。ボンネット１９は、磁性材料を一方に開口する円筒形状に成形したものである。ボンネット１９は、貫通孔２０から座金１８を貫通して第３コア１５のネジ孔２１にねじ込まれる固定ネジ２２により、第３コア１５に固定されている。

ところで、第３コア１５の下端部分は、第２コア１４から突出し、第１コア９の内周面と対向して弁室５内に存在している。第２コア１４は、非磁性体であるのに対し、第１コア９と第３コア１５は磁性体であるため、第１コア９と第３コア１５との間には、磁気漏洩空間２５が環状に形成されている。また、第１コア９においては、ボディ２に挿入された部分が弁室５との側壁（の断面）として段差状に形成されている。さらに、第３コア１５の下端部分とプランジャ１０の中空部の位置関係は、第３コア１５の下端部分がプランジャ１０の中空部に接触することなく挿入される関係にある。また、第１コア９の段差状の部分（弁室５の側壁）とリング状のプランジャ１０の突縁部２６との位置関係は、プランジャ１０が垂直上方向、垂直下方向の何れに移動しても、プランジャ１０の突縁部２６が第１コア９の段差上の部分（弁室５の側壁）に接触することはない。

なお、第１参考例では、固定ネジ２２、ボンネット１９の貫通孔２０、第３コア１５のネジ孔２１、座金１８により「移動手段」が構成されている。また、固定ネジ２２、第３コア１５のネジ孔２１により「ネジ送り機構」が構成されている。

このような構成を有する電磁比例弁１Ａは、コイル１７に印加電流を供給していないときには、弁シート１２がプランジャ１０の自重と板バネ８のバネ力との合成力（シール荷重）によって弁座６に押し付けられ、弁座６を閉じている。そのため、制御流体を入口流路３に供給しても、制御流体は弁座６で遮断される。
その後、コイル１７に所定の印加電流を与えると、コイル１７の周りに磁界が発生し、第１コア９や第３コア１５が励磁されてプランジャ１０を板バネ８に抗して吸引する。プランジャ１０は、第３コア１５や第１コア９との間にある磁気漏洩空間２５を埋めるように垂直上方向に無摺動で移動すると、第３コア１５の吸引力とシール荷重がバランスする全開位置で停止し、弁シート１２が弁座６から分離して弁座６を開く。つまり、電磁比例弁は、コイル１７に与える印加電流による磁力に比例した開度だけ作動する。弁座６が開くと、制御流体は、第１流路３から弁座６を通過するときに、弁シート１２と弁座６の距離に応じた流量に制御された後、出口流路４から出力される。

次に、電磁比例弁１Ａの流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法の作用について説明する。
電磁比例弁１Ａの流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法は、磁路が変化すると、第３コア１５の吸引力が変化することに着目し、コイル１７の周りに形成される磁路を変化させて、印加電流に対する流量を調整する。

電磁比例弁１Ａのボンネット１９は、コイルボビン１６に着脱可能に装着され、製品組立後でも固定ネジ２２を回転させることにより軸方向に移動する（図１及び図２参照）。このとき、ボンネット１９と第１コア９とが円周方向に接触する接触面積（図１のＭ１，図２のＭ２参照）が変動して、磁気回路が変化し、磁路が広げられたり狭められたりする。磁路が広げられると、磁気回路上の磁気抵抗が小さくなるため、第３コア１５の吸引力が大きくなる。一方、磁路が狭められると、磁気回路上の磁気抵抗が大きくなり、第３コア１５の吸引力が小さくなる。
また、ボンネット１９と第３コア１５との間には、座金１８を介してギャップ（図１のＧ１，図２のＧ２参照）が設けられ、ボンネット１９が軸方向に移動したときに、ギャップが変動する。磁気は空間を流れるため、ギャップも磁気回路の一部を構成し、ギャップが変動することにより磁気抵抗が変化する。ギャップが大きくなると、磁気回路上の磁気抵抗が大きくなるため、第３コア１５の吸引力が小さくなる。一方、ギャップが小さくなると、磁気回路上の磁気抵抗が小さくなるため、第３コアの吸引力が大きくなる。

プランジャ１０は、第３コア１５の吸引力に比例して移動するため、第３コア１５の吸引力の変化に応じて動作ストロークＳｔが変化し、弁開度が変化する。よって、電磁比例弁１Ａは、ボンネット１９を軸方向に移動させて磁気回路（抵抗）を変化させることにより、第３コア１５の吸引力を調整し、最終的に、印加電流と流量の比例特性である流量特性を調整することが可能である。
このとき、第１コア９と第３コア１５との接触面積の変動、及び、第３コア１５とボンネット１９との間のギャップの変動による磁気抵抗の変化は、相乗的に作用するため、固定ネジ２２の回転量に対する吸引力の変化率が大きく、流量特性を微少調整することができる。

具体的には、電磁比例弁１Ａは次のようにして流量特性を調整される。図３は、電磁比例弁１Ａに所定の印加磁力を与えたときの吸引力特性を示す図であって、基本状態、第１の状態、第２の状態の吸引力特性を示す。
第１参考例の電磁比例弁１Ａは、板バネ８が所定のバネ定数を有することを前提として、従来技術と同様、プランジャ１０の動作ストロークＳｔを０．１５ｍｍに設定すると、図９の流量特性Ａが得られ（これを「基本状態」とする。）、プランジャ１１０の動作ストロークＳｔを０．１０ｍｍに設定すると、図９の流量特性Ｂが得られ（これを「第１の状態」とする。）、プランジャ１１０の動作ストロークＳｔを０．２０ｍｍに設定すると、図９の流量特性Ｃが得られるものとする（これを「第２の状態」とする。）。この条件の下、電磁比例弁１Ａの流量特性の調整について具体的に説明する。

電磁比例弁１Ａは、図２に示すように、板バネ８を基準面に合わせて所定のシール荷重を確保するように組み立てられ、ボディ２と第１コア９との間、第１コア９と第２コア１４との間、第２コア１４と第３コア１５との間をそれぞれ溶接して流体漏れを防止する。このとき、電磁比例弁１Ａは、従来の電磁比例弁１００と異なり、各部品の部品公差を測って上スペーサの厚さなどを調整せずに組み立てられる。従って、製品組立時点では、電磁比例弁１Ａは、プランジャ１０と第３コア１５との間の距離がばらついており、必ずしも流量特性Ａに調整されてるとは限らない。ただし、電磁比例弁１Ａは、板バネ８が基準面に合わせられ、図３のバネ線図Ｋに示すように所定のバネ定数を有するものとする。

それから、電磁比例弁１Ａの出口流路４に図示しない流量計（「流量測定手段」に相当するもの。）を接続し、コイル１７に通電しない状態で電磁比例弁１Ａの入口流路３に流体（例えば、空気など）を供給する。この時点では、弁座６が閉じているため、流体は入口流路３から弁座６まで流れて遮断される。

次に、コイル１７に所定の印加電流を供給して所定の印加磁力（ここでは、４００ＡＴ）を与えると、プランジャ１０が第１コア９と第３コア１５の吸引力に応じて移動し、弁シート１２を弁座６から分離させて弁座６を開く。流体は、入口流路３から弁座６を通過するときに流量調整されて出口流路４から出力される。

次に、出口流路４から出力される流体の流量を図示しない流量計で測定し、その測定結果が所定値であるか否かを確認する。ここで、所定値とは、コイル１７に所定の印加電流を供給したときの目標流量をいう。第１参考例では、流量特性Ａの最大流量をいうものとする。測定された流量が流量特性Ａの最大流量である場合には、電磁比例弁１Ａはプランジャ１０の動作ストロークＳｔが０．１５ｍｍ確保され、希望の流量特性Ａを確保していることを意味する。そこで、電磁比例弁１Ａは、ボンネット１９を軸方向に移動させずに、そのままコイル１７への通電と流体の供給を停止し、図示しない流量計を出口流路４から取り外し、流量特性の調整を終了する。

一方、測定した流量が所定値と異なる場合には、プランジャ１０の動作ストロークＳｔが０．１５ｍｍ確保されておらず、電磁比例弁１Ａが流量特性Ａに調整されていないことを意味する。この場合には、図示しない流量計が流量特性Ａの最大流量を示すように、ボンネット１９を軸方向に移動させる。ボンネット１９が第１コア９に対して相対的に移動すると、ボンネット１９と第１コア９と接触面積Ｍ１と、ボンネット１９と第３コア１５との間のギャップＧ１とが増減して磁路が変化し、吸引力が変化する。そのため、流量計が流量特性Ａの最大流量を示すときには、吸引力が図３に示す吸引力カーブＸ１を描く。この場合、電磁比例弁１Ａは、コイル１７に与える印加電流により発生する吸引力が板バネ８の取付荷重より大きくなると（Ｌ１点）、プランジャ１０が動き出し、流体が流れ始める。このＬ１を開弁開始位置Ｌ１に設定する。その後、電磁比例弁１Ａは、シール荷重が吸引力とＦ１点でバランスし、プランジャ１０がＬ２までする。そのため、プランジャ１０の動作ストロークＳｔは、Ｌ１からＬ２までの距離０．１５ｍｍとなり、電磁比例弁１Ａは流量特性Ａに調整される。

電磁比例弁１Ａを基本状態に組み立てた後に第１の状態に変更する場合、電磁比例弁１Ａに流体を流し、流量計の測定結果が所定値（ここでは、流量特性Ｂの最大流量）になるように、固定ネジ２２を所定方向と反対方向に回転させ、そのネジ送りと座金１８の弾圧力とによりボンネット１９をボディ２と反対側に向かって軸方向に移動させる。すると、ボンネット１９と第１コア９との接触面積Ｍ１が基本状態より減少するとともに、ボンネット１９と第３コア１５との間のギャップＧ１が基本状態より大きくなり、第３コア１５の吸引力が基本状態より小さくなる。流量計の測定結果が流量特性Ｂの最大流量になった時点では、電磁比例弁１Ａは、図３に示すように基本状態の吸引力カーブＸ１が吸引力カーブＸ２に小さくなる。電磁比例弁１Ａは、ボディ２などが溶接されて板バネ８のセット位置を調整できないため、バネ線図Ｋをずらして、開弁開始位置Ｌ１を変更することができない。しかし、吸引力カーブＸ１が全体的に吸引力カーブＸ２に小さくなる分だけ、プランジャ１０の全開位置が低くなり、プランジャ１０の動作ストロークＳｔが０．１０ｍｍに小さくなる。よって、電磁比例弁１Ａは、製品組立後に部品を分解することなく、固定ネジ２２を回転させるだけで図９に示す流量特性Ａを流量特性Ｂに変更することが可能である。

電磁比例弁１Ａを基本状態に組み立てた後に第３の状態に変更する場合、電磁比例弁１Ａに流体を流し、流量計の測定結果が所定値（ここでは、流量特性Ｃの最大流量）になるように、固定ネジ２２を所定方向に回転させ、そのネジ送りによって座金１８に抗してボンネット１９をボディ２側に向かって軸方向に移動させる。すると、ボンネット１９と第１コア９との接触面積Ｍ１が基本状態より増加し、また、ボンネット１９と第３コア１５との間のギャップＧ１が基本状態より小さくなり、第３コア１５の吸引力が大きくなる。流量計の測定結果が流量特性Ｃの最大流量になった時点では、電磁比例弁１Ａは、図３に示すように基本状態の吸引力カーブＸ１が吸引力カーブＸ３に大きくなる。電磁比例弁１Ａは、バネ線図Ｋをずらして開弁開始位置Ｌ１を変更することができない。しかし、吸引力カーブＸ１が全体的に吸引力カーブＸ３に大きくなる分だけ、プランジャ１０の全開位置が高くなり、プランジャ１０の動作ストロークＳｔが０．２０ｍｍに大きくなる。よって、電磁比例弁１Ａは、製品組立後に部品を分解することなく、固定ネジ２２を回転させるだけで図９に示す流量特性Ａを流量特性Ｃに変更することが可能である。

なお、電磁比例弁1Ａは、固定ネジ２２のネジ送りによってボンネット２２を移動させるが、座金１８がボンネット１９を常時第３コア１５と反対方向に押し上げている。そのため、ボンネット１９はがたつくことなく保持され、電磁比例弁１Ａは安定して流量調整を行う。

従って、第１参考例の電磁比例弁１Ａの流量特性調整機構によれば、コイル１７が巻き付けられる円筒中空形状のコイルボビン１６と、コイルボビン１６の中空孔に固設される第３コア１５と、入口流路３と出口流路４とが形成されたボディ２と、入口流路３と出口流路４とを連通させる弁座６と、弁座６に当接又は離間する弁シート１２と、弁シート１２と一体化されて第３コア１５と同軸上に配設されるプランジャ１０と、プランジャ１０を弁座６方向に常時付勢する板バネ８と、コイルボビン１６とボディ２との間に介在する第１コア９と、第１コア９に接触するようにコイルボビン１６に着脱可能に被せられるボンネット１９と、を有し、第３コア１５と第１コア９とボンネット１９とがコイル１７の周りを囲んで磁気回路を形成し、コイル１７に供給する印加電流に応じて第３コア１５がプランジャ１０を板バネ８に抗して吸引することにより、流量調整を行うものに用いられ、ボンネット１９を軸方向に移動させ、磁気回路を変化させる「移動手段」を有しているので、製品組立後でも電磁比例弁１Ａの流量特性を容易に調整することができる。

特に、部品公差を測って電磁比例弁１Ａを組み立てる必要がないので、組立工数を大幅に削減することができる。また、部品組立後に希望の流量特性が得られていないことが判明しても、部品を分解しなくてもボンネット１９の外側から固定ネジ２２を回転させるだけで流量調整できるので、流量調整を簡単かつ短時間に行うことができる。

また、第１参考例の電磁比例弁１Ａの流量特性調整機構によれば、「移動手段」は、ボンネット１９を「ネジ送り機構」により軸方向に移動させるので、ネジ送りの送り量によってボンネット１９の位置を微調整することができる。

また、第１参考例の電磁比例弁１Ａの流量特性調整機構によれば、「移動手段」は、ボンネット１９と第３コア１５との間に配設される座金１８と、ボンネット１９を貫いて第３コア１５に螺合する固定ネジ２２とを有しており、ボンネット１９と第１コア９の接触面積Ｍ１、及び、ボンネット１９と第３コア１５との間のギャップＧ１が相対的に変動して磁路が変化するので、第３コア１５の吸引力の変化率が大きくなり、流量特性の調整をより精密に行うことができる。

さらに、第１参考例の電磁比例弁１Ａの流量特性調整機構を用いた流量特性調整方法によれば、コイル１７に印加電流を供給しない状態で入口流路３に流体を供給し、コイル１７に所定の印加電流を供給して、出口流路４から出力される流体の流量を図示しない流量計で測定し、図示しない流量計が所定値を測定するまで、「移動手段」によりボンネット１９を軸方向に移動させて磁路を変化させ、流量調整を行うので、製品組立後でも電磁比例弁１Ａの流量特性を容易に調整することができる。

（実施の形態）
続いて、本発明の電磁比例弁の流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法について実施の形態を説明する。図４は、電磁比例弁１Ｂの断面図である。
本実施の形態の電磁比例弁１Ｂは、第２固定鉄心４５を第１固定鉄心４１にねじ込む量によって磁路を変化させる点で、固定ネジ２２を第３コア１５にねじ込む量を調整して、磁路を変化させる第１参考例と相違している。よって、ここでは、第１参考例と相違する点について詳細に説明し、共通する点については構成部品に第１参考例と同一符号を付し、適宜説明を省略する。

電磁比例弁１Ａは、コイルボビン１６内で第１固定鉄心４１と第２固定鉄心４５が螺合し、第３コア４０を構成している。
第１固定鉄心４１は、強磁性材料を円柱形状に成形したものであり、コイルボビン１６の中空孔にボディ２側から装填されて固設されている。第１固定鉄心４１の下端部分は、第２コア１４から突出して、第１コア９の内周面と対向しており、第１固定鉄心４１と第１コア９との間に磁気漏洩空間２５が設けられている。第１固定鉄心４１の上端面には、円筒状の突起４２が同軸上に突設され、コイルボビン１６の中空孔内に存在している。突起４２は、外周面に雄ネジが形成されている。第１固定鉄心４１は、突起４２の端面から同軸上に固定ネジ２２を締結するためのネジ孔４３が形成されている。

第２固定鉄心４５は、強磁性材料を円柱形状に成形したものであり、コイルボビン１６の中空孔にボディ２と反対側から回転可能に挿入されている。第２固定鉄心４５は、ボディ２側の端面に凹部４６が穿設され、凹部４６の内周面に雌ネジが形成されている。第２固定鉄心４５は、凹部４６の雌ネジを第１固定鉄心４１の雄ネジに最後までねじ込んだときに、上端面がコイルボビン１６の端面とほぼ同じ高さとなるように全長が設定されている。第２固定鉄心４５は、軸心に沿って固定ネジ２２が挿通される挿通孔４７が形成されている。
なお、本実施の形態では、「移動手段」は、第１固定鉄心４１の凸部４２、ネジ孔４３、第２固定鉄心４５の凹部４６、挿通孔４７、ボンネット１９の貫通孔２０、固定ネジ２０によって構成されている。また、「ネジ送り機構」は、固定ネジ２０と第１固定鉄心４１のネジ孔４３によって構成されている。

かかる電磁比例弁１Ｂは、ボンネット１９をコイルボビン１６に被せ、固定ネジ２２をボンネット１９の貫通孔２０と第２固定鉄心４５の挿通孔４７を貫き通し、固定ネジ２２の先端部を第１固定鉄心４１のネジ孔４３にねじ込むことにより、ボンネット１９が着脱可能に取り付けられる。ボンネット１９は、第２固定鉄心４５に当接して位置決めされるため、第２固定鉄心４５がコイルボビン１９から突き出す量に応じて、第１コア９と円周方向に接触する接触面積Ｍ３が変化する。
また、第２固定鉄心４５は、第１固定鉄心４１にねじ込まれるため、そのねじ込み量によって第１固定鉄心４１と第２固定鉄心４５との間に形成されるギャップＧ３が変化する。
このように、第１コア９とボンネット１９との接触面積Ｍ３、及び、第１固定鉄心４１と第２固定鉄心４５との間に形成されるギャップＧ３が変化することにより、コイル１７の周りに形成される磁気回路の構成が変化し、磁気抵抗が変化する。

そして、電磁比例弁１Ｂの流量特性を調整する場合には、出口流路４に流量計を接続し、コイルに通電していない状態で流体を入口流路３に供給した後、コイル１７に所定の印加電流を供給し、流量計の測定結果が所定値であるか否かを確認する。
希望の流量特性でない場合には、コイル１７への通電と流体の供給を停止する。固定ネジ２２を取り外してボンネット１９をコイルボビン１６から取り除くと、第２固定鉄心４５が露出するので、第２固定鉄心４５を回転させることにより、第２固定鉄心４５の雌ネジを第１固定鉄心４１の雄ネジにねじ込む量を調整し、ギャップＧ３を調整する。それから、ボンネット１９をコイルボビン１６に被せて第２固定鉄心４５に当接させ、固定ネジ２２をボンネット１９の貫通孔２０と第２固定鉄心４５の挿通孔４７に貫き通し、第１固定鉄心４１のネジ孔４３にねじ込み、ボンネット１９を第１固定鉄心４１に固定する。ボンネット１９は、第２固定鉄心４５がコイルボビン１６から突出する量に応じて、第１コア９との接触面積Ｍ３が調整される。そして、電磁比例弁１Ｂの入口流路３に流体を供給してから、コイル１７に所定の印加電流を再び供給し、出口流路４から出力される流体の流量を流量計で測定する。測定結果が所定値である場合には、流量特性調整を終了し、所定値でない場合には、上述した流量特性調整を繰り返し行う。

従って、本実施の形態の電磁比例弁１Ｂの流量特性調整機構によれば、「移動手段」は、第３コア４０を、ボディ２側からコイルボビン１６の中空孔に固定される第１固定鉄心４１と、ボディ２と反対側からコイルボビン１６の中空孔に回転可能に装填される第２固定鉄心４５とに分割し、第１固定鉄心４１に第２固定鉄心４５を螺合することと、ボンネット１９を第２固定鉄心４５に面接触させて固定する固定ネジ２２と、を有しており、ボンネット１９と第１コア９の接触面積Ｍ３、及び、第１固定鉄心４１と第２固定鉄心４５との間のギャップＧ３が相対的に変動して磁路が変化するので、第３コア４０の吸引力の変化率が大きくなり、流量特性の調整をより精密に行うことができる。

（第２参考例）
続いて、参考例の電磁比例弁の流量特性機構及びそれを用いた流量特性調整方法の第２参考例について説明する。図５は、電磁比例弁１Ｃの断面図である。
第２参考例の電磁比例弁１Ｃは、ボンネット５１を回転させて軸方向に移動させる点で、固定ネジ２２を回転させてボンネット５１を軸方向に移動させる第１参考例の電磁比例弁１Ａと相違している。よって、ここでは、第１参考例と相違する点について詳細に説明し、共通する点については、図面に第１参考例と同一符号を付し、適宜説明を省略する。

電磁比例弁１Ｃは、強磁性材料を円柱形状に形成した固定部材５２を備え、固定部材５２の貫通孔５３に挿通した固定ネジ２２を第３コア１５のネジ孔２１に締結することにより、固定部材５２を第３コア１５に固定している。固定部材５２は、外径がコイルボビン１６の外径と略同径を有し、外周面に雄ネジが形成されている。
ボンネット５１は、強磁性材料を円筒形状に形成したものであり、一端開口内周面に雌ネジが形成されている。ボンネット５１は、雌ネジが固定部材５２の雄ネジに螺合して保持されている。
なお、第２参考例では、「移動手段」と「ネジ送り機構」は、ボンネット５１の雌ネジと固定部材５２の雄ネジによって構成されている。

電磁比例弁１Ｃの流量特性を調整する場合、出口流路４に流量計を接続した後、コイル１７に通電しない状態で入口流路３に流体を供給し、その後、コイル１７に所定の印加電流を供給して流量計で流量を測定する。
流量が所定値でない場合には、ボンネット５１をつまんで回転方向に力を加える。すると、固定部材５２は固定ネジ２２で固定されて回転しないものの、ボンネット５１が固定部材５２に対して回転し、ネジ送りによって軸方向に移動する。そのため、ボンネット５１と第１コア９の接触面積Ｍ４が変動して、磁路が変化し、流量が変化する。流量計が所定値を測定したら、ボンネット５１の回転を止めて、流量特性の調整を終了する。

従って、第２参考例の電磁比例弁１Ｃの流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法によれば、「移動手段」は、ボンネット５１側に設けられた雌ネジと、コイルボビン２側の固定部材５２に設けられた雄ネジとからなるので、工具を用いずにボンネット５１を直接回転させて軸方向に移動させることができ、利便性がよい。

（第３参考例）
続いて、参考例の電磁比例弁１Ｄの流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法の第３参考例について説明する。図６は、電磁比例弁１Ｄの断面図である。
第３参考例の電磁比例弁１Ｄは、ボンネット６３を回転させて軸方向に移動させる点で、固定ネジ２２を回転させてボンネット１９を軸方向に移動させる第１参考例の電磁比例弁１Ａと相違している。よって、ここでは、第１参考例と相違する点につい詳細に説明し、共通する点については、第１参考例と同一符号を付し、説明を適宜省略する。

電磁比例弁１Ｄは、第３コア６１が強磁性材料を円柱形状に成形したものであり、第２コア１４を介して第１コア６２に圧入され、溶接又はろう付けで保持されている。第３コア６１は、下端部分が第２コア１４から突き出し、第１コア６２の内周面に対向している。また、第３コア６１の上端部分は、コイルボビン１６から突き出している。ボンネット６３は、磁性材料を一方に開口する円筒形状に成形したものであり、閉端面に貫通孔６４が形成されている。ボンネット６３は、開口部内周面に雌ネジが形成され、第１コア６２の外周面に形成された雄ネジに螺合している。このとき、ボンネット６３は、貫通孔６４の内周面が第３コア６１に摺接し、第３コア６１に案内されて移動する。
なお、第３参考例では、「移動手段」と「ネジ送り機構」は、ボンネット６３の雌ネジと第１コア６２の雄ネジによって構成されている。

電磁比例弁１Ｄの流量特性を調整する場合、出口流路４に流量計を接続した後、コイル１７に印加電流を供給しない状態で入口流路３に流体を供給し、その後、コイル１７に所定の印加電流を供給して流量を測定する。
流量計の測定結果が所定値でない場合には、ボンネット６３をつまんで回転させる。ボンネット６３を回転させると、ボンネット６３の雌ネジと第１コア６２の雄ネジとのねじ送りにより、ボンネット６３が一定量ずつ軸方向に移動する。そのため、ボンネット６３と第１コア６２との接触面積Ｍ５、及び、ボンネット６３と第３コア６１との接触面積Ｍ６が相対的に変化して、磁気抵抗が変化し、流量が変化する。流量が所定値になったら、ボンネット６３の回転を止めて、流量特性の調整を終了する。

従って、第３参考例の電磁比例弁１Ｄの流量特性調整機構及びそれを用いた流量特性調整方法によれば、「移動手段」は、ボンネット６３に設けられた雌ネジと、コイルボビン１６側の第１コア６２に設けられた雄ネジとからなるので、工具を用いずにボンネット６３を軸方向に移動させることができ、利便性がよい。

尚、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
（１）例えば、上記第１参考例では、弾性部材として座金１８を用いたが、図７に示す電磁比例弁１Ｅのように、第３コア１５とボンネット１９との間にコイルスプリング７１を縮設してもよい。
（２）例えば、上記第１参考例では、固定ネジ２２が露出しているが、固定ネジ２２を隠す栓をボンネット１９に取り付けるようにしてもよい。
（３）例えば、上記実施の形態の他、ボンネット１９の厚みを変えたり、固定ネジ２２の長さや材質を変えて、磁気回路の磁気抵抗を変化させ、流量調整するようにしてもよい。（４）例えば、上記実施の形態では、フラッパ方式の電磁比例弁１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅについて説明したが、プランジャ方式の電磁比例弁などに流量特性調整機構を設けてもよい。
（５）例えば、上記実施の形態では、電磁比例弁を半導体製造装置に用いたが、使用用途はこれに限定されない。
（６）例えば、上記実施の形態の電磁比例弁１Ａ〜１Ｅでは、３を入口流路、４を出口流路としたが、３を出口流路、４を入口流路としてもよい。

第１参考例に係り、電磁比例弁の断面図であって、流量特性調整後の状態を示す。 同じく、電磁比例弁の断面図であって、流量特性調整前の状態を示す。 同じく、電磁比例弁に所定の印加磁力を与えたときの吸引力特性を示す図であって、基本状態、第１の状態、第２の状態の吸引力特性を示す。 本発明の実施の形態に係り、電磁比例弁の断面図である。 第２参考例に係り、電磁比例弁の断面図である。 第３参考例に係り、電磁比例弁の断面図である。 参考例の電磁比例弁の変更例である。 従来の電磁比例弁の断面図である。 流量特性を示す図である。 従来の電磁比例弁の吸引力特性を示す図である。

１Ａ 電磁比例弁
１Ｂ 電磁比例弁
１Ｃ 電磁比例弁
１Ｄ 電磁比例弁
１Ｅ 電磁比例弁
２ ボディ
３ 入口流路
４ 出口流路
６ 弁座
８ 板バネ
９ 第１コア
１０ プランジャ
１２ 弁シート
１４ 第２コア
１５ 第３コア
１６ コイルボビン
１７ コイル
１８ 座金
１９ ボンネット
２２ 固定ネジ
４０ 第３コア
４１ 第１固定鉄心
４５ 第２固定鉄心
５１ ボンネット
５２ 固定部材
６１ 第３コア
６２ 第１コア
６３ ボンネット
７１ コイルスプリング
Ｍ１〜Ｍ６ 接触面積
Ｇ１〜Ｇ３ ギャップ

Claims (2)

1. コイルが巻き付けられる円筒中空形状のコイルボビンと、前記コイルボビンの中空孔に固設される固定鉄心と、第１流路と第２流路とが形成されたボディと、前記第１流路と前記第２流路とを連通させる弁座と、前記弁座に当接又は離間する弁体と、前記弁体と一体化されて前記固定鉄心と同軸上に配設される可動鉄心と、前記可動鉄心を前記弁座方向に常時付勢する付勢部材と、前記コイルボビンと前記ボディとの間に介在する中間連結体と、
   前記中間連結体に接触するように前記コイルボビンに着脱可能に被せられる被覆部材と、を有し、前記固定鉄心と前記中間連結体と前記被覆部材とが前記コイルの周りを囲んで磁気回路を形成し、前記コイルに供給する印加電流に応じて前記固定鉄心が前記可動鉄心を前記付勢部材に抗して吸引することにより、流量調整を行う電磁比例弁に用いられ、
   前記被覆部材を軸方向に移動させ、前記磁気回路を変化させる移動手段を有すること、
   前記移動手段は、
   前記固定鉄心を、前記ボディ側から前記コイルボビンの中空孔に固定される第１固定鉄心と、前記ボディと反対側から前記コイルボビンの中空孔に回転可能に装填される第２固定鉄心とに分割し、前記第１固定鉄心に前記第２固定鉄心を螺合することと、
   前記被覆部材を前記第２固定鉄心に面接触させて固定する固定部材と、を有することを特徴とする電磁比例弁の流量特性調整機構。
2. 請求項１に記載の電磁比例弁の流量特性調整機構を用いて、
   前記コイルに印加電流を供給しない状態で前記第１流路に流体を供給し、
   前記コイルに所定の印加電流を供給して、前記第２流路から出力される流体の流量を流量測定手段で測定し、
   前記流量測定手段が所定値を測定するまで、前記移動手段により前記被覆部材を軸方向に移動させて磁路を変化させ、流量調整を行うことを特徴とする電磁比例弁の流量特性調整機構を用いた流量特性調整方法。
   

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