JP6081800B2 - 流体制御弁及びマスフローコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、例えばガスの流量を制御するマスフローコントローラ等に用いられるものであり、弁座ブロック及び弁体部材から構成される流体制御弁に関するものである。

流体制御弁とは、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全閉したりするものである。

例えば、上流側から順番に熱式の流量センサと、このような流体制御弁とを備えた熱式のマスフローコントローラが半導体製造プロセスに用いられている。

近年、半導体製造プロセスにおいては従来よりも高精度の流量制御性能が求められており、熱式のマスフローコントローラから、熱式の流量センサよりも測定精度や応答性のよい圧力式の流量センサを備えた圧力式のマスフローコントローラへ置き換えられることがある。

ところで、圧力式のマスフローコントローラ１００Aでは、特許文献１及び図８（ａ）に示されるように上流から順番に流体制御弁Vと、圧力式の流量センサFSを構成する第１圧力センサP1、流体抵抗L及び第２圧力センサP２が設けられたものがある。

前述した流体制御弁のほうが流量センサよりも下流側にある熱式のマスフローコントローラから、このような流体制御弁Vが圧力式の流量センサFSよりも上流側に設けられた圧力式のマスフローコントローラ１００Aに置き換えを行った場合、流体制御弁Vを全閉状態としたときに流量センサFSから出力される測定流量値の表れ方の違いが問題となることがある。

すなわち、上述した熱式のマスフローコントローラの構成の場合は、流体制御弁が全閉されると略同時に測定流量値がゼロとして出力されるのに対して、図８（ａ）のような構成の圧力式のマスフローコントローラ１００Aの場合は、流体制御弁Vが全閉されても所定時間かけて測定流量値が低下していきゼロへと漸近していくことになる。流体制御弁Vを全閉したときの測定流量値の挙動に違いがあると、測定流量値をトリガとして各種シーケンスが構成されている半導体製造プロセスにおいては閾値の設定等をやり直す等する必要があり、マスフローコントローラの置き換えが行いにくくなる場合がある。

このように図８（ａ）のような構成のマスフローコントローラ１００Ａにおいて、流体制御弁Vが全閉されても瞬時に測定流量値がゼロとならない現象が生じるのは、流体制御弁Vを全閉した時点で、流体制御弁Vから流体抵抗Lまでの容積に残っている流体が下流側へと流れるからである。

したがって、流体制御弁Vから流体抵抗Lまでの容積をできる限り小さく構成すれば、上記の圧力式のマスフローコントローラ１００Aにおいても流体制御弁Vが全閉されてから測定流量値がゼロ又はその近傍の値にまで低下するのにかかる時間は短くすることができ、実質的に熱式のマスフローコントローラの流体制御弁を全閉させたときと同じ挙動をさせることができるようになる。

しかしながら、前述した容積については特に流体制御弁Vを小型化し、その容積を小さくすることは難しい。

より具体的には、図８（ｂ）に示すように流体制御弁Vは、弁座ブロック５Aと、弁体部材６Aと、前記弁体部材６Aを駆動するピエゾスタック３１Aを具備するアクチュエータ３Aと、電圧が印加されていない状態においてピエゾスタック３１Ａを初期位置の上方へと戻すためのコイルばねＳＰとを備えたものである。そして、前記弁座ブロック５Aは、図９に示すように概略円筒形状をなし、底面部５２Aと上面部５３Aに開口し、流側流路と連通するように内部に形成された第１弁内流路５１ａと、上面部５３Aと外側周面５９Ａの底部側に開口し、下流側流路２３と連通するように内部に形成されたＬ字形状の第２弁内流路５１ｂと、上面部５３Aにおいて前記第１弁内流路５１ａの流出開口と前記第２弁内流路５１ｂの流入開口を隙間なく囲むように突出させてあり、組み付け時に底面部５２A側へと押圧される押圧面５５Aを上部に具備する円環状の突条５４Aとを備えたものである。図８（ｂ）及び図９の２点鎖線による矢印からわかるように、上流側流路２２から流れてくる流体は、前記第１弁内流路５１ａ、上面部５３Aにおける突条５４Aの内側部分、前記第２弁内流路５１ｂ、外側周面とマスフローコントローラのボディとの隙間、下流側流路２３の順番で流れることになる。

このような構造の弁座ブロック５Aを同じ形状のまま小型化し、内部の容積を小さくしようとすると、第１弁内流路５１ａと第２弁内流路５１ｂの両方を内部に形成することはスペースの関係上難しい。また、仮に小型化しつつ両方の弁内流路を形成できたとしても、これら２つの弁内流路があるとそれほど内部の容積を小さくすることができず、結果として全閉時に圧力式のマスフローコントローラ１００Aで測定される測定流量値を短時間でゼロとなるようにすることは難しい。

特開２０１０−２３０１５９号公報

本発明は上述したような問題を鑑みたものであり、弁座ブロックが内部における容積を小さくするのに適した構成を有している流体制御弁及びそれを用いて流体制御弁が全閉されたときに測定される測定流量値が短時間でゼロとなるマスフローコントローラを提供することを目的とする。

すなわち、本発明の流体制御弁は、前座ブロック及び弁体部材から構成される流体制御弁であり、前記弁座ブロックが、内部に形成された弁内流路と、前記弁体部材の着座面と接離する弁座面を具備するものであって、前記弁座ブロックが、前記弁内流路の上流端であり、上流側流路と接続される流入開口が形成された一端面部と、前記弁内流路の下流端であり、前記流入開口から流入した流体が前記弁座ブロックの外部へと流出する流出開口が形成された他端面部と、前記他端面部において前記流出開口の周囲を囲むように所定高さだけ突出させて形成されており、その上部に組み付け時において一端面部側へと押圧される押圧面を具備する突条と、下流側流路と連通するように前記突条の一部に形成された切欠きとを備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、前記突条の一部に切欠きが形成されているので、上流側流路から前記弁内流路に流入した流体は流出開口から前記切欠きを介して下流側流路へと流すことができる。

したがって、前記弁座ブロックの内部に１つだけ弁内流路を形成するだけで上流側流路と下流側流路との間に前記弁体部材とともに流体制御弁を構成することができ、１つしか内部流路を形成する必要がないので、弁座ブロック自体を小型化しやすく、流体制御弁内における容積も小さくしやすい。

このことから、本発明の流体制御弁をマスフローコントローラに用いた場合には、前記流体制御弁において弁体部材から下流側流路の開口までの容積を小さく形成することができるので、例えば上流側に配置された流体制御弁から前記流体制御弁の下流側にある流量センサまでの容積も小さくすることができる。このため、全閉時に流体制御弁と流量センサとの間に貯まっている流体の量を少なくできるので、前記流体制御弁を全閉してから流量センサにおいて測定される測定流量値が短時間でゼロに近づくようにできる。つまり、本発明の流体制御弁によって、全閉時における測定流量値の変化特性を、既存の半導体製造プロセスにおいて用いられているマスフローコントローラと略同じにすることでき、置き換えやすくなる。

前記切欠きを複数形成した場合にも、一度各切欠きを通過した流体を集めた後に下流側流路へと流すことが可能となり、流体制御弁として流すことができる流量を所定量だけ確保しやすくするには、前記流出開口から流出した流体が前記切欠きを通り、前記弁座ブロックの外側周面を伝って下流側流路へと流れるように構成したものであればよい。

組み付け時において前記押圧面から加えられる力による前記弁体ブロックの変形を対称なものとし、弁体部材の着座面と接触する弁座面の平面度を保てるようにするには、前記突条が概略円環状に形成されており、前記切欠きが周方向に等間隔で３つ形成されているものであればよい。

組み付け状態において下流側流路が弁体ブロックの一端面部側にあり、前記切欠きを通過した流体を一端面部側へと外側周面を伝わらせて流すのに適した形状としては、前記外側周面が、前記他端面部側が大径、前記一端面部側が小径の概略二段円筒形状の側面をなしており、前記外側周面の前記他端面部側において前記切欠き部近傍が軸方向に切り落とされた切り落とし部が形成されていればよい。

前記弁体部材が初期位置にある状態において、前記着座面と前記弁座面が接触しているノーマルクローズタイプの流体制御弁を構成するのに適した構成としては、前記一端面部において前記流入開口の周囲を囲むように前記弁座面が形成されているものが挙げられる。

前記一端面部に形成されている弁座面が、組み付け時に前記他端面部に形成されている前記押圧面からの押圧力によって変形するのを防ぎ、組み付けられた状態でも弁座面の平面度を保てるようにするには、前記一端面部において前記流入開口の周囲を囲むように前記突条よりも外径寸法の小さい円環状の凹溝が形成されていればよい。このようなものであれば、前記押圧面からの押圧力による変形は前記凹溝の外側部分で略生じることになり、一端面部において前記凹溝よりも内側では略変形が生じず弁座面の平面度を保つことができる。

前記弁体部材が初期位置にある状態において、前記着座面と前記弁座面が離間しているノーマルオープンタイプの流体制御弁を構成するのに適した構成としては、前記他端面部において前記突条よりも内側において前記流出開口の周囲を囲むとともに前記押圧面よりも低い高さまで突出させて前記弁座面が形成されているものが挙げられる。

前記流体制御弁の小型化に適しており、上流側流路からの流体が前記弁座ブロックの外側周面から切欠きを通って、前記弁内流路の流入開口へと流入し、その後、流出開口から下流側流路へと流出するように構成するには、弁座ブロック及び弁体部材から構成される流体制御弁であり、前記弁座ブロックが内部に形成された弁内流路と、前記弁体部材の着座面と接離する弁座面を具備するものであって、前記弁座ブロックが、前記弁内流路の下流端であり、下流側流路と接続される流出開口が形成された一端面部と、前記弁内流路の上流端であり、前記弁座ブロックの外部から流体が流入する流入開口が形成された他端面部と、前記他端面部において前記流入開口の周囲を囲むように所定高さだけ突出しており、組み付け時において一端面部側へと押圧される押圧面を具備する突条と、上流側流路と連通するように前記突条の一部に形成された切欠きとを備えたことを特徴とする流体制御弁であればよい。

本発明の流体制御弁と、前記流体制御弁の下流側に設けられた流量センサとを備えたマスフローコントローラであれば、流体制御弁から流量センサまでの容積を非常に小さく構成することができ、流体制御弁を全閉したときから短時間で測定流量値の値がゼロ又はゼロ近傍の値となるようにすることができる。

このように本発明であれば、前記他端面部において前記弁内流路の流出開口を囲むように突出させて形成される押圧面を有した突条の一部に切欠きを形成することにより、弁内流路を１つだけ設けるだけで、上流側流路、弁座ブロック、下流側流路へと流体を流すことができるようになる。したがって、複数の弁内流路を設ける必要がない新規な流路構成となっているので、弁座ブロックとしての機能を保ちながら小型化を実現することができ、ひいては流体制御弁としての容積を小さくすることができる。このように容積を小さくすることができるので、流体制御弁を全閉したあとに流れる流体の量を少なくすることができ、後段にある流量センサにおいて測定される測定流量値がゼロ又はゼロ近傍となるまでの時間を短縮することができる。そして、本発明の流体制御弁を用いたマスフローコントローラであれば、流体制御バルブを全閉したときの特性を従来から用いられているものとほぼ同じ特性とすることができ、既存のマスフローコントローラからの置き換えを容易にすることができる。

本発明の第１実施形態に係る弁座ブロック及びマスフローコントローラを示す模式図。 第１実施形態における流体制御弁を構成する弁座ブロックの周辺を拡大した模式的断面拡大図。 第１実施形態における弁座ブロックの模式的上面図及び切欠き周辺を拡大した模式的拡大図。 第１実施形態における弁座ブロック及び流体の流れを示す模式的斜視図。 本発明の第２実施形態に係る流体制御弁を構成する弁座ブロックを示す模式的断面拡大図。 第２実施形態における弁座ブロック及び流体の流れを示す模式的斜視図。 その他の実施形態における弁座ブロック及び凹部の構成を示す模式図。 従来のマスフローコントローラの構成、及び、用いられている弁座ブロックの形状を示す模式図。 従来の弁座ブロック及び流体の流れを示す模式的斜視図。

＜第１実施形態＞

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４を参照しながら説明する。

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。

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。

各部について詳述する。

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。図１からわかるように、前記流体制御弁Vと前記層流素子Lとの間を接続する前記第３流路２３の径は、少なくとも上流側にある第１流路２１及び第２流路２２よりも細く形成してあり、前記流体制御弁Vから前記層流素子Lまでの容積が小さくなるようにしてある。

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。

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。

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。また、第１実施形態では、例えば層流素子Lをボディ１の高さ寸法において概略中央となるようにボディ１の内部に配置してあり、ボディ１の上面側にある前記流体制御弁Vから前記層流素子Lまでの距離を短くして、これらの間をつなぐ第２流路２２の容積が小さくなるようにしてある。

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、弁座ブロック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４、弁座ブロック５、弁体部材６、板バネ７、支持部材８を備えたものである。より具体的には弁座ブロック５と弁体部材６の離間距離は、前記アクチュエータ３の動きが前記プランジャ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は図５に示すように中央部の貫通孔と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、前記支持部材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と前記弁座ブロック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。

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フランジ部と、前記ピエゾスタック３１が収容される円筒部とが一部材として形成してある。前記ケーシングは、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ケーシング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、電圧−変位特性におけるヒステリシスを小さくすることができる。

前記プランジャ４は、外周部において形成されて組み付け時において前記ケーシング部材３２のフランジ部分が固定されることにより後述する前記弁座ブロック５の押圧面５５を底面側へと押圧する円環状部４１と、中央部に形成されて前記ピエゾスタック３１の変位を前記弁体部材６へと伝達する棒状部４２と、前記円環状部４１と前記棒状部４２とを接続するダイヤフラム部４３とから構成してある。このプランジャ４は前記アクチュエータ３に電圧が印加されていない状態において初期位置にピエゾスタック３１を戻す反発力がダイヤフラム部４３において発生するようにアルミ等の弾性のよい材料で形成してある。したがって、図８における従来例の流体制御弁Ｖのように前記ピエゾスタック３１を初期位置に戻すためのコイルばねＳＰ等が必要なく、前記流体制御弁Vの構成を簡略化するとともに小型化するのに貢献している。

前記弁座ブロック５は、図２乃至４に示すように、その一端面部である底面部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二段円筒形状をなすものであり、中央部に軸方向に延びる弁内流路５１が形成してある。

より具体的には、前記弁座ブロック５は、前記弁内流路５１の上流端であり、上流側流路と接続される流入開口５１１が形成された一端面部である底面部５２と、前記弁内流路５１の下流端であり、前記流入開口５１１から流入した流体が前記弁座ブロック５の外部へと流出する流出開口５１２が形成された他端面部である上面部５３と、前記上面部５３において前記流出開口５１２の周囲を囲むように所定高さだけ突出させて形成されており、その上部に組み付け時において底面部５２側へと押圧される押圧面５５を具備する突条５４と、下流側流路と連通するように前記突条５４の一部に形成された切欠き５４１とを備えたことを特徴とする。ここで、底面部５２及び上面部５３は、図示しているように鉛直方向のみに限定されるものではなく、例えば、ボディ１の凹部１１内に前記弁座ブロック５が組み付けられた状態において、内部側となる側を底面部５２、外部へと向いている側を上面部５３と定義することができる。

前記上面部５３には、最外周部分に概略円環状の突条５４が軸方向に突出させてある。言い換えると、前記上面部５３は、図３（ａ）の上面視に示すように、内側に流出開口５１２が開口する概略円状の流出平面５６と、前記流出平面５６の外側に隣接して円環帯状の押圧面５５が形成してあり、前記流出平面５６に対して押圧面５５が高くなるようにしてある。この突条５４は、前記アクチュエータ３により押されて前記プランジャ４のダイヤフラム部４３が変形した際に上面部５３の流出平面５６と干渉することがないようするためのスペーサとしての機能を果たす。さらに上面部５３において最外周部に設けられた円環状の突条５４の上面にのみ押圧面が形成されることになるので、押圧された際に弁座ブロック５の歪みが底面部５２に形成されている弁座面５８まで到達しにくくなり、当該弁座面５８の平面度を保つことができる。また別の表現をすると、前記突条５４の押圧面５５は組み付け時において上側にあるプランジャ４の円環状部４１から押圧されているととともに、その反力によって当該押圧面５５は前記プランジャ４の円環状部４１を押圧するように構成してある。

前記突条５４には、図４に示すように円周方向に１２０°ごとに等間隔に３つの切欠き５４１が形成してある。また、図３（ｂ）の拡大図に示すように切欠き５４１の近傍においては外側周面５９の前記上面部５３側において前記切欠き５４１部近傍が軸方向に切り落とされた切り落とし部５４２が形成してある。

前記底面部５２には、前記底面部５２において前記流入開口５１１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５１１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、前記弁座ブロック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。

そして、弁座ブロック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、前記弁座ブロック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。

そして、前記弁座ブロック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側の大径部分における前記切り落とし部５４２以外の部分は、前記凹部１１の内側周面と略隙間なく篏合する一方、当該弁座ブロック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。

したがって、図４に示すように上流側流路から前記弁内流路５１に流入した流体は、軸方向に弁座ブロック５の上面部５３へと進行し、前記流出開口５１２から流出すると半径方向に放射状に流れ、前記突条５４に形成された切欠き５４１に至る。そして、切欠き５４１部に至った流体は、切欠き５４１に隣接する切り落とし部５４２と前記凹部１１の内側周面との間を通り、前記弁座ブロック５の外側周面５９を伝って、当該弁座ブロック５の小径部分と前記凹部１１の内側周面との隙間まで到達する。最後に流体は、この隙間へと開口している下流側流路へと流れていくことになる。

すなわち、流体は弁座ブロック５の内部の弁内流路５１から上面部５３に吹き出し、その後外側周面５９を伝って、下流側流路へと流れるようにしてある。

このように第１実施形態の弁座ブロック５によれば、従来２本必要であった弁内流路５１を１本にして流体制御弁Vとしての機能を発揮させることができ、１つだけ弁内流路５１を形成すればよいので小型化が容易である。

したがって、流体制御弁Vとしての容積も小さくすることができるので、前記流体制御弁Vから前記層流素子Lまでの容積を従来よりも非常に小さくすることができるので、当該流体制御弁Vを全閉した後に前記流量センサFSへと流れる流体の量を少なくできる。

このため、流体制御弁Vの下流に流量センサFSが設けられている構成のマスフローコントローラ１００であっても、前記流体制御弁Vを全閉した時点から前記流量センサFSにおいて測定される測定流量値が短時間でゼロ又はゼロ近傍の値となるようにすることができる。

すなわち、既存の半導体製造プロセスにおいて用いられているマスフローコントローラの流体制御弁の全閉時における特性と非常に近い特性とすることができるので、既存のマスフローコントローラから第１実施形態のマスフローコントローラ１００への置き換えも容易に行うことができる。

また、２つ目の弁内流路５１を形成する代わりに形成される前記切欠き５４１は、前記押圧面５５が形成される突条５４に対して回転対称となるように３つの形成してあるので、前記押圧面５５に対して押圧された際の前記弁座ブロック５の変形を均一なものとすることができ、弁座面５８の平面度等に悪影響を与えないようにできる。

したがって、小型化に伴う弁座ブロック５における流路２構成の変更により流体制御弁Vとしてのシール性等の基本機能が損なわれないようにすることができる。

＜第２実施形態＞

次に第２実施形態について図５及び図６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。

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流体制御弁V、特に弁座ブロック５の構成が異なっている。

より具体的には、第２実施形態の流体制御弁Vはノーマルオープンタイプのものとして構成してあり、図５に示すように上側からアクチュエータ３、弁体部材６、弁座ブロック５からなる。

前記弁体部材６は、前記第１実施形態におけるプランジャ４に相当する形状を有するものであり、底面を面一に形成して着座面６１としたダイヤフラム構造を有したものである。前記アクチュエータ３に電圧が印加されて変位が発生して中央部が押されることにより、前記弁座ブロック５側へとダイヤフラム部分６２が弾性変形して着座面６１と弁座面５８の離間距離を調節できるようにしてある。また、前記アクチュエータ３に電圧が印加されていない場合には図５に示すように着座面６１と弁座面５８は離間しており、初期状態ではオープンの状態が保たれることになる。

前記弁座ブロック５は、図５及び図６に示すように前記上面部５３において前記突条５４よりも内側において前記流出開口５１２の周囲を囲むとともに前記押圧面５５よりも低い高さまで突出させて前記弁座面５８が形成してある。

このようなものであって、図６に示すように第１実施形態と略同様の流体の流れを形成することができ、第１実施形態と略同様の効果を得ることができる。

すなわち、本発明の弁座ブロック５はノーマルクローズタイプ、ノーマルオープンタイプいずれの流体制御弁Vでも用いることができる。

その他の実施形態について説明する。

前記実施形態では、前記弁座ブロック５は切欠き５４１近傍の外側周面２９に切り落とし部５４２が形成されており、前記凹部１１との間に流体が通る隙間を形成していたが、図７（ａ）、（ｂ）に示すように前記弁座ブロックの上面部５３側の外側周面が完全な円筒側面をなしており、前記凹部１１側の形状を工夫することで隙間が形成されていてもよい。すなわち、図７（ａ）、（ｂ）に示すように凹部１１の内側周面において、半径方向外側へと突出して軸方向に延びる縦溝５４３を形成して前記弁座ブロック５の外側周面２９との間で隙間が形成されるようにしてもよい。なお、図７に示したように弁座ブロック５の外側周面５９と凹部１１の内側周面との間に隙間を形成するために縦溝５４３を形成した場合、組み付け時には前記切欠き５４１と縦溝５４３の位置が合致するように位置合わせを行う必要がある。これに対して、前記実施形態のように弁座ブロック５が切欠き５４１の近傍の外側周面５９に切り落とし部５４２を有しており、前記凹部１１を円筒形状に形成している場合には、上述したような位置合わせが必要なく組み付けが非常に容易である。

また、前記実施形態では前記流体制御弁において上流側流路、弁内流路、上面部、切欠き、外側周面、下流側流路の順番で流体が流れるように構成していたが、流体の流れを逆にしても同様に小型化を図ることができる。すなわち、弁座ブロック及び弁体部材から構成される流体制御弁であり、前記弁座ブロックが内部に形成された弁内流路と、前記弁体部材の着座面と接離する弁座面を具備するものであって、前記弁座ブロックが、前記弁内流路の下流端であり、下流側流路と接続される流出開口が形成された一端面部と、前記弁内流路の上流端であり、前記弁座ブロックの外部から流体が流入する流入開口が形成された他端面部と、前記他端面部において前記流入開口の周囲を囲むように所定高さだけ突出しており、組み付け時において一端面部側へと押圧される押圧面を具備する突条と、上流側流路と連通するように前記突条の一部に形成された切欠きとを備えたことを特徴とする流体制御弁であっても構わない。

前記実施形態では、前記弁座ブロックにおいて、突条は上面部から突出させて形成させており、一体のものとして成型してあるが、例えば、突条部分のみ別の部材として構成しても構わない。このようなものであっても、弁座ブロックが底面部側へと押圧されて組み付けられる場合においてスペーサとしての機能と、押圧面への押圧力による弁座ブロックの歪みが弁座面へと到達するのを防ぎ、平面度を保つという効果を得ることができる。なお、このように突条のみを別体とした場合には、弁座ブロックの組み付け時における歪みを対称な形態とするために組み付け時において上面部における突条と切欠きの位置を例えば図３や図７に示すような配置にしようとすると、厳密な位置合わせや何らかの治具を用いる必要がある。これに対して、前記実施形態のように突条も本体部に対して一体となった弁座ブロックであれば特に位置合わせをすることなく、上面部における突条及び切欠きの位置を所望のものとすることができ、弁座ブロックにおける歪みを対称形の望ましい形態にすることができる。したがって、小型化しても弁座面の平面度が出しやすく、流量制御弁としてのシール機能等を得やすい。

前記各実施形態では、突条に形成された切欠きは３つであったが、１つであってもその他の数であってもかまわない。押圧面としての機能を保てるように切欠きと押圧面のバランスを考慮して設定すればよい。

また、切り落とし部については、前記凹部に開口する下流側流路の位置によっては設けなくてもよい。例えば、組み付け状態において切欠きに対応する位置に凹部に対して下流側流路が開口するようにすればよい。

前記実施形態では弁座ブロックの形状は概略円筒形状であったが、例えば四角柱等のその他の形状として形成してもかまわない。

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。

また、流体制御弁を全閉したときの測定流量値の変化特性を所望のものとするために本発明の弁座ブロックを用いるだけでなく、流体制御弁単体を小型化したい場合にも本発明の弁座ブロックを用いてもかまわない。例えば、流体制御弁の上流に流量センサが設けられているようなマスフローコントローラにおいてマスフローコントローラ全体を小型化するために本発明の弁座ブロックを用いてもかまわない。要するに、本発明の弁座ブロックは、流体制御弁としての機能を実現しつつ小型化するような目的にも用いることができる。

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に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。

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。

１００・・・マスフローコントローラ
５ ・・・弁座ブロック
５１ ・・・弁内流路
５１１・・・流入開口
５１２・・・流出開口
５２ ・・・底面部
５３ ・・・上面部
５４ ・・・突条
５４１・・・切欠き
５４２・・・切り落とし部
５５ ・・・押圧面
５７ ・・・凹溝
５８ ・・・弁座面
５９ ・・・外側周面
６ ・・・弁体部材
６１ ・・・着座面
Ｖ ・・・流体制御弁

Claims (9)

1. 弁座ブロック及び弁体部材から構成される流体制御弁であり、前記弁座ブロックが、内部に形成された弁内流路と、前記弁体部材の着座面と接離する弁座面を具備するものであって、
   前記弁座ブロックが、
   前記弁内流路の上流端であり、上流側流路と接続される流入開口が形成された一端面部と、
   前記弁内流路の下流端であり、前記流入開口から流入した流体が前記弁座ブロックの外部へと流出する流出開口が形成された他端面部と、
   前記他端面部において前記流出開口の周囲を囲むように所定高さだけ突出しており、組み付け時において一端面部側へと押圧される押圧面を具備する突条と、
   下流側流路と連通するように前記突条の一部に形成された切欠きとを備えたことを特徴とする流体制御弁。
2. 前記流出開口から流出した流体が前記切欠きを通り、前記弁座ブロックの外側周面を伝って下流側流路へと流れるように構成した請求項１記載の流体制御弁。
3. 前記突条が概略円環状に形成されており、
   前記切欠きが周方向に等間隔で３つ形成されている請求項１又は２記載の流体制御弁。
4. 前記弁座ブロックの外側周面が、前記他端面部側が大径、前記一端面部側が小径の概略二段円筒形状の側面をなしており、
   前記外側周面の前記他端面部側において前記切欠き部近傍が軸方向に切り落とされた切り落とし部が形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。
5. 前記一端面部において前記流入開口の周囲を囲むように前記弁座面が形成されている請求項１乃至４いずれかに記載の流体制御弁。
6. 前記一端面部において前記流入開口の周囲を囲むように前記突条よりも外径寸法の小さい円環状の凹溝が形成されている請求項５に記載の流体制御弁。
7. 前記他端面部において前記突条よりも内側において前記流出開口の周囲を囲むとともに前記押圧面よりも低い高さまで突出させて前記弁座面が形成されている請求項１乃至４いずれかに記載の弁座ブロック。
8. 弁座ブロック及び弁体部材から構成される流体制御弁であり、前記弁座ブロックが内部に形成された弁内流路と、前記弁体部材の着座面と接離する弁座面を具備するものであって、
   前記弁座ブロックが、
   前記弁内流路の下流端であり、下流側流路と接続される流出開口が形成された一端面部と、
   前記弁内流路の上流端であり、前記弁座ブロックの外部から流体が流入する流入開口が形成された他端面部と、
   前記他端面部において前記流入開口の周囲を囲むように所定高さだけ突出しており、組み付け時において一端面部側へと押圧される押圧面を具備する突条と、
   上流側流路と連通するように前記突条の一部に形成された切欠きとを備えたことを特徴とする流体制御弁。
9. 請求項１乃至８いずれかに記載の流体制御弁と、
   前記流体制御弁の下流側に設けられた流量センサとを備えたマスフローコントローラ。