特許 6111862 流量制御弁及びそれを用いたマスフローコントローラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6111862

(24)【登録日】2017年3月24日

(45)【発行日】2017年4月12日

(54)【発明の名称】流量制御弁及びそれを用いたマスフローコントローラ

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/06 20060101AFI20170403BHJP

【ＦＩ】

   G05D7/06 Z

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-109493(P2013-109493)

(22)【出願日】2013年5月24日

(65)【公開番号】特開2014-229159(P2014-229159A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2015年11月27日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】梅山 貴博

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 恵子

(72)【発明者】

【氏名】清水 利彦

【審査官】 後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０６５６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１７８００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−０３４０２９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５４１３３１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開平５−６６３７６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ７／０６

Ｆ１６Ｋ ７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイアフラムに向かい立設する筒状体で環状をなす弁座と、
外周部が固定された弾性を有する金属の薄板からなるダイアフラムと、
前記ダイアフラムを挟み前記弁座と反対側に位置するダイアフラムスペーサとを有し、
前記弁座、前記ダイアフラム及び前記ダイアフラムスペーサは同軸上に配置され、
前記弁座は、頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面を有し、
前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状と、ダイアフラムとの当接面である弁座の頭頂部の傾斜面の形状を、同一の球面の一部として近似された形状となし、前記ダイアフラムスペーサの押圧力により前記ダイアフラムが前記弁座の傾斜面と隙間なく当接することを特徴とする流量制御弁。

【請求項2】

請求項１に記載の流量制御弁において、
閉弁状態において、前記弁座の傾斜面と、当該傾斜面の位置に対応する前記ダイアフラムスペーサの押さえ面とが前記ダイアフラムを介して係合することを特徴とする流量制御弁。

【請求項3】

請求項２に記載の流量制御弁において、
前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の外径は、前記弁座の傾斜面の外径より大きいことを特徴とする流量制御弁。

【請求項4】

流体の流入流路と、所定の流量比に設定されたバイパス流路と、所定の流量が分流されるセンサ流路と、前記センサ流路内を流れる流体の質量流量を検出する流量センサ部と、前記センサ流路と前記バイパス流路を流れる流体が合流する中間流路と、前記中間流路と流出流路との間に位置する流量制御弁と、前記流量センサ部及び流量制御弁を制御する制御回路部とを備え、
前記流量制御弁は、ダイアフラムに向かい立設する筒状体で環状をなす弁座と、外周部が固定された弾性を有する金属の薄板からなるダイアフラムと、前記ダイアフラムを挟み前記弁座と反対側に位置するダイアフラムスペーサとを有し、前記弁座は、頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面を有し、前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状と、ダイアフラムとの当接面である弁座の頭頂部の傾斜面の形状を、同一の球面の一部として近似された形状となし、前記ダイアフラムスペーサの押圧力により前記ダイアフラムが前記弁座の傾斜面と隙間なく当接することを特徴とするマスフローコントローラ。

【請求項5】

請求項４に記載のマスフローコントローラにおいて、
閉弁状態において、前記弁座の傾斜面と、当該傾斜面の位置に対応する前記ダイアフラムスペーサの押さえ面とが前記ダイアフラムを介して係合することを特徴とするマスフローコントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス等の質量流量を精密に制御することができる流量制御弁及びそれを用いたマスフローコントローラに関する。

【背景技術】

【0002】

従来ダイアフラムを用いた流量制御弁として、特開２０１０−１５９７９０号公報(特許文献１)がある。特許文献１における流量制御弁は、ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面が、環状弁座の先端径よりも内側の中央部が平面または緩やかな曲面とされ、外側の周縁部が中央部を延長した仮想面よりも凹まされているテーパ面として形成されている。環状弁座はその先端部を平坦面とし、平坦面を境に外周側及び内周側にテーパ面を有する形状であり、ダイアフラムスペーサの押圧力によりダイアフラムが環状弁座先端部の平坦面と当接する構造を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１５９７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の構成では、ダイアフラムと当接する環状弁座の当接面は平坦面であるため、ダイアフラムが上記環状弁座の平坦面への接触時、ダイアフラムの表面は上記平坦面と平行とはならず、さらにダイアフラムスペーサに荷重を加える必要がある。そして、ダイアフラムと環状弁座の平坦面との間に隙間が無くなるまでダイアフラムの局所変形は進行する。この動作は、流量制御弁の閉弁動作に限らず、同様に開弁動作時においても生じるため、流量制御弁の応答時間に遅れを生じる要因となる。

【0005】

本発明は、応答時間の短縮化が可能な流量制御弁及びそれを用いたマスフローコントローラを提供するにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は、ダイアフラムに向かい立設する筒状体で環状をなす弁座と、外周部が固定された弾性を有する金属の薄板からなるダイアフラムと、前記ダイアフラムを挟み前記弁座と反対側に位置するダイアフラムスペーサとを有し、前記弁座、前記ダイアフラム及び前記ダイアフラムスペーサは同軸上に配置され、前記弁座は、頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面を有し、前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状と、ダイアフラムとの当接面である弁座の頭頂部の傾斜面の形状を、同一の球面の一部として近似された形状となし、前記ダイアフラムスペーサの押圧力により前記ダイアフラムが前記弁座の傾斜面と隙間なく当接するよう流量制御弁を構成することを特徴とする。
また、本発明のマスフローコントローラは、流体の流入流路と、所定の流量比に設定されたバイパス流路と、所定の流量が分流されるセンサ流路と、前記センサ流路内を流れる流体の質量流量を検出する流量センサ部と、前記センサ流路と前記バイパス流路を流れる流体が合流する中間流路と、前記中間流路と流出流路との間に位置する流量制御弁と、前記流量センサ部及び流量制御弁を制御する制御回路部とを備え、前記流量制御弁は、ダイアフラムに向かい立設する筒状体で環状をなす弁座と、外周部が固定された弾性を有する金属の薄板からなるダイアフラムと、前記ダイアフラムを挟み前記弁座と反対側に位置するダイアフラムスペーサとを有し、前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状と、ダイアフラムとの当接面である弁座の頭頂部の傾斜面の形状を、同一の球面の一部として近似された形状となし、前記弁座は、頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面を有し、前記ダイアフラムスペーサの押圧力により前記ダイアフラムが前記弁座の傾斜面と隙間なく当接することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、応答時間の短縮化が可能な流量制御弁を提供することができる。また、設定流量に対する弁の開閉応答時間を短縮可能なマスフローコントローラを提供することができる。

【0008】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明のマスフローコントローラの断面図である。

【図2】マスフローコントローラの流量制御弁の平面透過図である。

【図3】本発明の流量制御弁の拡大断面図である。

【図4】比較例の流量制御弁の拡大断面図である。

【図5】ダイアフラムスペーサの押込量とダイアフラムの変位及び弁開度量の関係図である。

【図6】本発明の流量制御弁の拡大断面である。

【図7】ダイアフラムスペーサの押込量と弁開度量の関係図である。

【図8】本発明の流量制御弁の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のマスフローコントローラの断面図である。マスフローコントローラ１００は、流量センサ部１０１、流量制御弁１０２、本体１０３、バイパス流路１０４、増幅回路部１０５、バルブ駆動回路部１０６、制御回路部１０７を有する。

【0011】

流量センサ部１０１は、流入流路１０８の途中から分岐してセンサ流路１０９内を流れる流体の質量流量を検出する。センサ流路１０９の上流側と下流側にはそれぞれ、コイル１１０、１１１が巻かれており、図示しない他の抵抗体との組み合わせでブリッジ回路１１２を構成している。コイル１１０とコイル１１１との間に生じた温度差がブリッジ回路１１２のノード間に電位差として検出され、この電位差のデータに基づいて流量が計算される。

【0012】

バイパス流路１０４は、例えば、センサ流路１０９と同一の配管を必要数だけ束ねた構造をなし、流入流路１０８から流入した流体は、バイパス流路１０４とセンサ流路１０９に所定の流量比で分流される。前記バイパス流路１０４とセンサ流路１０９を通過した流体は、中間流路１１３の入口側で合流し、流量制御弁１０２に向かって流れる。

【0013】

流量制御弁１０２は、中間流路１１３と流出流路１１４の間に設けられた弁座１１５と、外周縁を狭持され、弁座１１５に接離するダイアフラム１１６と、ダイアフラム１１６の弁座側とは反対に位置し、ダイアフラム１１６を弁座１１５へ押圧するダイアフラムスペーサ１１７を具備する。

【0014】

流量制御弁１０２を開閉させる動力源には、例えば、積層型圧電素子体１１８よりなるアクチュエータ１１９が用いられる。バルブ駆動電圧が印加されていない状態では、ダイアフラム１１６はばね部材１２０よって弁座１１５に押圧されて閉弁状態にあるが、バルブ駆動電圧が印加されると、ばね部材１２０に抗して積層型圧電素子体１１８が伸張する。

【0015】

その結果、積層型圧電素子体１１８を包み込むハウジング１２１がダイアフラム１１６から遠ざかる方向へ移動し、硬球１２２を介してハウジング１２１と連結したダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押圧力が減少して、ダイアフラム１１６は平面形状に戻り、ダイアフラム１１６と弁座１１５の間に隙間が生じる。中間流路１１３から流量制御弁１０２に流れてきた流体は、上記隙間を通って流出流路１１４へ移動し、マスフローコントローラ１００の外部へ放出される。

【0016】

流量センサ部１０１での検出流量信号は、増幅回路部１０５によって増幅後、制御回路部１０７へ入力される。ここで、上記検出流量信号は、外部から設定された設定流量信号と比較され、これら２つの信号間の差分が０となるような駆動信号がバルブ駆動回路部１０６を経由してアクチュエータ１１９に入力され、流量制御弁１０２の開度が調整されて流量が制御される。これら一連の制御は、制御回路部１０７によって行われる。なお、ここで制御回路は、特に図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等により構成され、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み出し、ＲＡＭに格納された上記検出流量信号と設定流量信号に基づき上記駆動信号を算出することにより上記一連の制御が実行される。

【0017】

図２は、マスフローコントローラの流量制御弁の平面透過図である。ダイアフラム１１６、ダイアフラムスペーサ１１７及び弁座１１５は同軸上に配置されている。ダイアフラム１１６は、弾性を有する略円形の金属の薄板からなる板バネである。ダイアフラムスペーサ１１７を介してダイアフラム１１６に荷重を加えていくと、ダイアフラム１１６の曲率半径が小さくなる方向に弾性変形し、ダイアフラム１１６の中央部が弁座１１５側に凸に変位する。さらに弾性変形が進んで、ダイアフラム１１６が弁座１１５に当接すると、弁座１１５とダイアフラム１１６の隙間がなくなり、流量制御弁１０２は閉じた状態となる。

【0018】

逆に、ダイアフラムスペーサ１１７を介してダイアフラム１１６への荷重を除荷していくと、ダイアフラム１１６を構成する金属の薄板の板バネの復元力により、ダイアフラム１１６は曲率半径が大きくなる方向に弾性変形し、その中央部は元の平面形状に戻る。その結果、弁座１１５とダイアフラム１１６との間に隙間ができ、流量制御弁１０２は開いた状態となる。
本実施形態においては、図１にその断面形状が示されるように、弁座１１５は、ダイアフラム１１６に向かい立設する筒状体で環状をなし、その頭頂部に傾斜面を有している。この傾斜面は、外周側から内周側に向かうに従い対向するダイアフラム１１６との間隔が増大する形状となっている。そして、ダイアフラムスペーサ１１７の押圧力によりダイアフラム１１６が弁座１１５の頭頂部に形成された傾斜面と当接すると、ダイアフラム１１６の当接面と弁座１１５の傾斜面（ダイアフラム１１６との当接面）との間に隙間がなくなり流量制御弁１０２は閉弁状態となる。これにより、ダイアフラム１１６が弁座１１５と接触してから、さらにダイアフラム１１６に対しダイアフラムスペーサ１１７による余分な押圧力を付加することを回避でき、流量制御弁１０２の応答時間を短縮することが可能となる。

【0019】

以下、図面を用いて実施例について説明する。なお、以下では流量制御弁の構成について詳細に説明するが、これら流量制御弁を用いて上述のマスフローコントローラを構成できるものである。また、同一の構成に同一の符号を付している。

【実施例1】

【0020】

図３は、本発明の流量制御弁の拡大断面図である。ダイアフラムスペーサ１１７を介して荷重を加えていったときの、ダイアフラム１１６の変形と流量制御弁１０２の開度の変化を示している。本実施例では、弁座１１５の頭頂部に形成された傾斜面１２３および、ダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の形状を球面の一部となし、ダイアフラムスペーサの外径１２５を弁座の外径１２６より大きく構成している。すなわち、ダイアフラム１１６との当接面である傾斜面１２３は、その形状を球面の一部として近似された形状となっている。そのため、傾斜面１２３と、傾斜面１２３の位置に対応するダイアフラム押さえ面１２４は、ダイアフラムスペーサ１１７の押圧力によりダイアフラム１１６と当接するとき、ダイアフラム１１６を介して係合する状態となる。
図３（Ａ）は、ダイアフラム１１６に荷重を加えていない状態(押圧力を付加していない状態)を示しており、ダイアフラム１１６の中央部は平面形状をなしている。弁座１１５の傾斜面１２３とダイアフラム１１６との間には隙間が存在し、流量制御弁１０２は開いた状態である。

【0021】

図３（Ｂ）は、（Ａ）の状態からダイアフラム１１６に荷重を加えた状態である。ダイアフラム１１６の中央部は弁座１１５の傾斜面１２３の方向に凸に弾性変形し、弁座１１５の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の隙間は小さくなるが存在しており、流量制御弁１０２は開いた状態である。
図３（Ｃ）は、（Ｂ）の状態からさらに荷重を加えた状態であるが、（Ｂ）のときよりもダイアフラム全体の曲率半径が小さくなる方向に弾性変形し、ダイアフラム１１６の中央部がさらに弁座１１５の傾斜面１２３側に凸に変位している。弁座１１５の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の隙間は一段と小さくなるが、依然として存在しており、流量制御弁１０２は開いた状態である。

【0022】

図３（Ｄ）は、（Ｃ）の状態からさらに荷重を加えて、ダイアフラム１１６が弁座１１５の傾斜面１２３に最初に当接した状態である。ダイアフラム１１６は（Ｃ）の状態よりも曲率半径がさらに小さくなる方向に弾性変形し、弁座１１５の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の間に存在していた隙間が無くなって、流量制御弁１０２はここで初めて閉じた状態となる。この状態において、弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の表面は平行であるため、ダイアフラム１１６は弁座１１５の傾斜面１２３に隙間なく当接する。一方、ダイアフラムスペーサ１１７も、（Ｄ）において弁座１１５の傾斜面１２３と隙間なく当接するため、ダイアフラムスペーサ１１７をこれ以上押し込むことはできない。すなわち、弁座１１５の傾斜面１２３（ダイアフラムとの当接面）とこの傾斜面１２３に対応する位置のダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４(ダイアフラムとの当接面)は、ダイアフラム１１６を介して係合した状態となる。上記動作は、流量制御弁１０２の開弁時にも可逆的に起こる。

【0023】

図４は、比較例の流量制御弁の拡大断面図である。図３と同様に、ダイアフラムスペーサ１１７を介して荷重を加えていったときの、ダイアフラム１１６の変形と流量制御弁４０２の開度の変化を（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で順次示している。ダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４は平坦面をなし、弁座１１５の頭頂部のダイアフラム１１６との当接面も平坦面１２３’をなしている。弁座１１５の外径１２６がダイアフラムスペーサ１１７の外径１２５よりも小さい構成となっている。

【0024】

ダイアフラム１１６に荷重を加えていくと、ダイアフラム全体の曲率半径が小さくなる方向に弾性変形し、ダイアフラム１１６の中央部が弁座１１５側に凸に変位する。そして、さらに荷重を加えると、ダイアフラム１１６の弾性変形はさらに進行し、（Ｄ）に示す様に、ダイアフラム１１６の中央部が平面形状に戻り弾性変形が完了する。上記動作は、流量制御弁４０２の開弁時にも可逆的に起こる。

【0025】

一方、弁の開度に着目すると、ダイアフラム１１６が弁座１１５の頭頂部の平坦面１２３’に隙間なく当接した（Ｄ）の手前の（Ｃ）の状態において、ダイアフラム１１６が弁座１１５の平坦面１２３’の内周側に最初に当接し、流量制御弁４０２が閉じた状態となる。この時、ダイアフラム１１６の中央部は、弁座の頭頂部の平坦面１２３’よりも僅かに中間流路１１３側へ変位する。（Ｃ）では、弁座１１５の平坦面１２３’の内周側とダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の外周側のみがダイアフラム１１６に当接しており、当接していない側、すなわち、ダイアフラム押さえ面１２４の内周側及び弁座１１５の平坦面１２３’の外周側には、ダイアフラム１１６との間に隙間が存在しているため、ダイアフラム１１６の弾性変形は（Ｃ）の状態で完了せず、（Ｄ）の状態まで進行する。この時、ダイアフラム１１６の中央部は弁座の頭頂部の平坦面１２３’の位置まで戻る。そして、この状態で、弁座１１５の頭頂部の平坦面１２３’と、平坦面１２３’に対応する位置のダイアフラム押さえ面１２４は、ダイアフラム１１６を介して係合した状態となり、これ以上ダイアフラムスペーサ１１７を弁座１１５側へ押し込むことはできず、機械的に停止する。

【0026】

流量制御弁４０２を閉じる動作において、（Ｃ）の状態を繰り返し再現することは難しく、流量制御弁４０２を安全確実に閉じるためには（Ｄ）の状態までダイアフラム１１６を弾性変形させる必要がある。つまり、比較例の流量制御弁４０２では、（Ｃ）と（Ｄ）の間のダイアフラムスペーサ１１７の余分な動作が存在し、閉弁動作に遅れが生じる。

【0027】

これに対し、本実施例では、ダイアフラム１１６が弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３に最初に当接するときに、ダイアフラム１１６が弁座の傾斜面１２３に隙間なく当接する。
図５は、ダイアフラムスペーサの押込量とダイアフラムの変位及び弁開度量の関係図である。この関係図は、ダイアフラムスペーサの押し込み量と、ダイアフラムの中央部の変位および流量制御弁の弁開度量の関係を示したシミュレーション結果を示している。このシミュレーション結果は、有限要素法を用いた汎用的な構造解析ツールANSYS（ＡＮＳＹＳ社（米国）製ツール）によるダイアフラムの接触・大変形解析の結果であり、解析条件はダイアフラム、ダイアフラムスペーサともに、ヤング率２１０００ｋｇｆ／ｍｍ２、接触部の摩擦係数は０としている。ダイアフラムの中央部変位は、弁座から離れる方向をプラス方向、弁座に近づく方向をマイナス方向で表現し、ダイアフラムに荷重が加わっていない状態を０とした。弁開度量は、弁座の頭頂部の内周側とダイアフラムとの間の、弁座およびダイアフラムの中心軸に対して平行な方向の距離である。

【0028】

比較例では、押し込み量が０．１２５ｍｍでダイアフラムの中央部が弁座に最接近し、この状態において弁開度量が０となる。さらに押し込み量を最大の０．１４０ｍｍまで増加させると、ダイアフラムの中央部は弁座から離れる方向に変位するが、弁開度量は０のまま変化しない。つまり、ダイアフラムスペーサの押し込み量が０．１２５ｍｍから０．１４０ｍｍの領域では、図３における（Ｃ）から（Ｄ）の状態の変化が再現されている。

【0029】

それに対し、本実施例では、ダイアフラムスペーサの押し込み量が最大の０．１４０ｍｍでダイアフラムの中央部が弁座に最接近し、この状態において弁開度量が０となる。すなわち、比較例とは異なり、弁が閉状態になってからのダイアフラムスペーサの余分な動作が無くなって、これに起因する開弁動作の遅れが解消されていることが分かる。このことから本実施例によれば、応答時間の短縮が可能な流量制御弁を実現できる。

【0030】

本実施例において、ダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の形状と、ダイアフラム１１６との当接面である弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３の形状を、同一の球面の一部として近似された形状となすと説明したが、具体的には、弁座の頭頂部の傾斜面１２３とダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の曲率半径を同一にし、その仮想円の中心を共通の中心軸上に存在するよう形成する。
なお、本実施例においては、弁座の頭頂部の傾斜面１２３に対応する位置における、ダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の形状も、弁座の傾斜面１２３と同様に同一の球体の一部として近似される形状としたが、これに限られるものではなく、他の形状であっても同様の効果が得られる。

【実施例2】

【0031】

図６は、本発明の流量制御弁の拡大断面図である。実施例１と異なる点は、弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３およびダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４を円錐面の一部として近似した形状としていることである。すなわち、ダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の先端部の外径１２８の領域を平坦面とし、この外径１２８から押さえ面１２４の外周側までの領域を上記円錐の一部として規定されるテーパ形状としている。ここで、ダイアフラムスペーサ１１７と弁座１１５の各部の径の大小関係を以下に説明する。ダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４の先端部の外径１２８より弁座１１５の内径１２７は大きく、弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３の外径１２６はダイアフラム押さえ面１２４の外径１２５より小さい関係にある。
図３と同様に、ダイアフラムスペーサ１１７を介して荷重を加えていったときの、ダイアフラム１１６の変形と流量制御弁２０２の開度の変化を（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で順次示している。図３の流量制御弁１０２のうち、既に説明した図３に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0032】

ダイアフラム１１６に荷重を加えていくと、ダイアフラム全体の曲率半径が小さくなる方向に弾性変形し、ダイアフラム１１６の中央部が弁座１１５側に凸に変位する。そして、（Ｃ）の状態において、ダイアフラム１１６は弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３に最初に当接し、流量制御弁２０２が閉じた状態となる。

【0033】

この時、弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の表面は平行でないため、ダイアフラム１１６と弁座の頭頂部の傾斜面１２３の間には隙間が存在している。その結果、ダイアフラム１１６の弾性変形は（Ｃ）の状態で完了せずに（Ｄ）の状態まで進行するが、（Ｃ）の状態における隙間は、比較例の流量制御弁４０２における（Ｃ）の状態で存在する隙間に比べて小さい。

【0034】

図７は、ダイアフラムスペーサの押し込み量と弁開度量の関係図である。この関係図はシミュレーション結果を示しており、シミュレーション条件は図５と同一のため、説明を省略する。弁開度量が０となる押し込み量は、比較例の０．１２５ｍｍに対して本実施例は０．１３５ｍｍである。比較例に比べて、流量制御弁が閉状態になってからのダイアフラムスペーサの余分な動作が少なくなっており、設定流量に対する開弁時の応答時間を短縮することができていることが分かる。この動作は、流量制御弁２０２の開弁時にも可逆的に起こる。このことから本実施例においても、応答時間の短縮化が可能な流量制御弁を実現できる。なお、実施例１ではダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面を球面の一部として近似する形状としていた。これに対し本実施例では円錐の一部として近似することで押さえ面の中央部(先端部)を平坦面とし、この平坦面から外周側へテーパ形状を有する形状とするものであるため、製造ないしは加工上の点において実施例１に比較し利点を有する。

【実施例3】

【0035】

図８は、本発明の流量制御弁の拡大断面図である。本実施例と上記実施例１及び実施例２と異なる点は、流量制御弁３０２を構成するダイアフラムスペーサ１１７のダイアフラム押さえ面１２４を平坦な形状とし、ダイアフラムスペーサ１１７の外径１２５を弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３の外径１２６よりも小さくしたことにある。
図３と同様に、ダイアフラムスペーサ１１７を介して荷重を加えていったときの、ダイアフラム１１６の変形と流量制御弁３０２の開度の変化を（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で順次示している。図３の流量制御弁１０２のうち、既に説明した図３に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

【0036】

ダイアフラム１１６に荷重を加えていくと、ダイアフラム全体の曲率半径が小さくなる方向に弾性変形し、ダイアフラム１１６の中央部が弁座１１５側に凸に変位する。そして、（Ｄ）の状態において、弁座１１５の頭頂部の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の間に存在していた隙間が無くなって、流量制御弁３０２はここで初めて閉じた状態となる。この状態において、弁座の頭頂部の傾斜面１２３とダイアフラム１１６の表面は平行であるため、ダイアフラム１１６は弁座１１５に隙間なく当接する。

【0037】

一方、ダイアフラムスペーサ１１７側には、ダイアフラム１１６との間に隙間が存在するが、ダイアフラム１１６と弁座１１５が隙間無く当接しているため、ダイアフラムスペーサ１１７をこれ以上押し込むことはできない。その結果、比較例に見られるような、弁が閉状態になってからのダイアフラムスペーサの余分な動作はなく、設定流量に対する応答時間を短縮することができる。この動作は、流量制御弁３０２の開弁時にも可逆的に起こる。これにより、本実施例によれば、応答時間の短縮化が可能な流量制御弁を実現できる。

【0038】

本実施例の様に、ダイアフラムスペーサの外径１２５を弁座の内径１２７よりも大きく構成し、弁座の頭頂部の傾斜面１２３に対応する位置にダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面１２４の少なくとも一部が存在することが好ましい。この構成により、ダイアフラム１１６の変形を規定し、流量制御弁３０２の確実な閉動作を行うことが可能となる。

【0039】

上記の構成を満足する範囲内であれば、弁座の頭頂部の傾斜面１２３の外径および内径、ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面１２４がＲ面取り加工または角面取り加工されていても良く、流量制御弁３０２の耐久性の向上に効果がある。

【0040】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
また、発明の実施形態として、バルブ駆動電圧が印加されていないとき、流量制御弁が閉弁状態となるノーマリークローズ型のマスフローコントローラを説明したが、ばね部材１２０等の構造を変更したノーマリーオープン型のマスフローコントローラに置き換えることも可能である。

【符号の説明】

【0041】

１００ マスフローコントローラ
１０２ 実施例１の流量制御弁
１１５ 弁座
１１６ ダイアフラム
１１７ ダイアフラムスペーサ
１２３ 弁座の頭頂部の傾斜面
１２４ ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面
１２５ ダイアフラム押さえ面の外径
１２６ 弁座の頭頂部の傾斜面の外径
１２７ 弁座の頭頂部の傾斜面の内径
２０２ 実施例２の流量制御弁
３０２ 実施例３の流量制御弁
４０２ 比較例の流量制御弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】