特許 6166618 定流量弁

(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】6166618

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】定流量弁

(51)【国際特許分類】

   G05D 7/01 20060101AFI20170710BHJP

   F16K 17/30 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   G05D7/01 A

   F16K17/30 A

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-167749(P2013-167749)

(22)【出願日】2013年8月12日

(65)【公開番号】特開2015-36853(P2015-36853A)

(43)【公開日】2015年2月23日

【審査請求日】2016年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000101514

【氏名又は名称】アドバンス電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079050

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 憲秋

(72)【発明者】

【氏名】笹尾 起美仁

【審査官】 稲垣 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４０２２４３８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００７−１０２７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１６８５８８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ７／０１

Ｆ１６Ｋ １７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被制御流体の流入部に接続された流入側チャンバと被制御流体の流出部に接続された流出側チャンバの間の流路に設けられた絞り部と、前記流出側チャンバに形成された弁座を有する弁本体部と、
前記流入側チャンバに配置され該流入側チャンバを被制御流体と接する第１チャンバと該第１チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバとに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段によって常時一定圧力で前記第１チャンバ側に加圧される第１ダイヤフラムと、
前記流出側チャンバに配置され該流出側チャンバを被制御流体と接する第３チャンバと該第３チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバとに区画し、前記第３チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムを有し、
前記第２チャンバに前記第１ダイヤフラムとともに進退動する第１可動部が形成され、かつ
前記第４チャンバに前記第２ダイヤフラムとともに進退動する第２可動部が形成されているとともに、
前記第２チャンバと第４チャンバとの間には湾曲する接続チャンバが形成されていて、該接続チャンバに前記第１可動部及び第２可動部と係合して一の可動部の変動を他の可動部に伝達する複数個の球部材を含む中間伝達部材が配置されていて、前記絞り部前後の圧力変動による前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動により前記弁体を前記弁座に対して進退動させ被制御流体の流量を一定に保持するようにした
ことを特徴とする定流量弁。

【請求項2】

前記中間伝達部材の前記複数個の球部材の間に棒状部材が介在されている請求項１に記載の定流量弁。

【請求項3】

前記第１可動部を第１ダイヤフラムに対して前後方向に直動するように規制する第１規制部と、前記第２可動部を第２ダイヤフラムに対して前後方向に直動するように規制する第２規制部とを有する請求項１に記載の定流量弁。

【請求項4】

前記加圧手段がバネである請求項１に記載の定流量弁。

【請求項5】

前記加圧手段が加圧気体である請求項１に記載の定流量弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は定流量弁に関し、流体流量を一定化する機能を備えた定流量弁に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造工程では、シリコンウエハ（基板）表面を希釈した薬液で洗浄する処理等が行われる。これは、パーティクルや金属汚染物、酸化膜等を除去することを目的としており、複数種の薬液や純水を適当な比率で混合した処理液が使用される。処理液には、ＡＰＭ（アンモニアと過酸化水素水と純水）、ＨＰＭ（塩酸と過酸化水素水と純水）、ＤＨＦ（フッ酸と純水）、ＳＰＭ（硫酸と過酸化水素水）等が挙げられる。例えば、この洗浄処理が枚葉式の装置で実施される場合、水平に保持されて回転しているウエハの表面に処理液等が供給される。

【0003】

枚葉式の洗浄装置では、混合された処理液がタンクに貯蔵されておりその処理液をウエハへ供給するキャビネット方式と、ウエハ直前で混合した処理液を直接供給するインラインミキシング方式がある。装置には流体の混合部があり、高濃度の薬液（原液）や純水が流通する配管が接続され、混合液の生成が行われる。ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の装置によるとウエハ表面に供給される混合液は少量であり、インライン方式を用いる場合、混合部への供給される薬液は微少量となる。例えば、ＤＨＦの生成では、フッ酸と純水の流量比は１：１００であり、純水の流量が２．０Ｌ／ｍｉｎに設定されていると、必要なフッ酸の流量は０．０２Ｌ／ｍｉｎとなる。このような微少量の薬液を制御する必要がある処理では、わずかな流量変化によりその洗浄効果に大きなばらつきが生じてしまう。そのため、混合部に対し薬液や純水を高精度に供給することができる定流量弁が必要となる。

【0004】

また、半導体製造における大規模集積化、加工の微細化が進み、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）において、２０１４年に２４ｎｍプロセスとなることが定められている。プロセスで表される数字（２４ｎｍ）は、ＭＰＵにおける最下層の最も狭い配線のピッチ（線幅＋線間隔）の半分（ハーフピッチ）として定義されている。このように配線幅が定められる中にあっては、半導体製造工程内における流体の流通経路に微細なゴミ（パーティクル）の混入は、製品の歩留まりに大きな影響を与える。パーティクルは、配線ピッチの４分の１（２０１４年のプロセスの場合、１２ｎｍ）以下とする必要があることから、流体の清浄度を維持しながら流通させる部材は大きな意味を持つ。

【0005】

特許文献１に開示の定流量弁では、同軸上に配置された複数のダイヤフラムが被制御流体の圧力に対し一体に変動するように構成されている。流入部側に存在する弁座には、各ダイヤフラムと一体に変動する弁体がバルブの開閉動作を行う。これらにより、定流量弁内における差圧が調節されることで被制御流体の流出量を所定の流量に制御することが可能となる。また、流路構造は被制御流体を滞留させることがなく、差圧調節を簡単にできて応答性がよい。

【0006】

しかし、微少流量域で制御を行う場合は、狭い開度で弁体を進退させる必要がある。この定流量弁では、複数のダイヤフラムが軸部で連結され、弁座が形成される流路内に前記軸部を挿通した構成である。このため、制御時の弁体の動作により、弁座と弁体が摺動するおそれがある。

【0007】

特許文献２に開示の流量制御装置では、一次側流体に圧力変動が発生した場合に、第１圧力制御弁部によって第１圧力制御弁部の二次側が所定圧力に維持されて流量が制御される。一方、二次側流体に圧力変動が発生した場合に、第２圧力制御弁部によって第２圧力制御弁部の一次側が所定圧力に維持されて流量が制御される。従って、流量制御装置の一次側または二次側において圧力変動が発生した場合であっても、流体流量の安定化を高精度で実現することが可能である。

【0008】

しかしながら、上記の流量制御装置では、二次側において流体の流出が停止される等により、流量制御装置内の流体圧力が上昇する。その際、第１圧力制御弁部が急激な閉動作を行うことによって、第１圧力制御弁部の弁座に対して弁体が強く衝突するおそれがある。

【0009】

従来の定流量弁や流量制御装置にあっては、それぞれ上記のような作動により弁座と弁体等とが想定外の接触をして発塵する可能性も懸念される。そのため、微少流量を高精度で供給することが可能であり、さらに高い清浄度を維持することが可能な装置が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特許第４０２２４３８号公報 （対応特許：ＵＳ ６８０５１５６Ｂ２，ＥＰ １３２１８４１Ｂ１）

【特許文献2】特開２００７−１０２７５４号公報 （対応特許：ＵＳ ２００７／００５６６４０Ａ１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、弁座と弁体等との想定外の接触を抑制して流体の清浄度をより高い状態で維持することが可能な定流量弁を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

すなわち、請求項１の発明は、被制御流体の流入部に接続された流入側チャンバと被制御流体の流出部に接続された流出側チャンバの間の流路に設けられた絞り部と、前記流出側チャンバに形成された弁座を有する弁本体部と、前記流入側チャンバに配置され該流入側チャンバを被制御流体と接する第１チャンバと該第１チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバとに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段によって常時一定圧力で前記第１チャンバ側に加圧される第１ダイヤフラムと、前記流出側チャンバに配置され該流出側チャンバを被制御流体と接する第３チャンバと該第３チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバとに区画し、前記第３チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムを有し、前記第２チャンバに前記第１ダイヤフラムとともに進退動する第１可動部が形成され、かつ前記第４チャンバに前記第２ダイヤフラムとともに進退動する第２可動部が形成されているとともに、前記第２チャンバと第４チャンバとの間には湾曲する接続チャンバが形成されていて、該接続チャンバに前記第１可動部及び第２可動部と係合して一の可動部の変動を他の可動部に伝達する複数個の球部材を含む中間伝達部材が配置されていて、前記絞り部前後の圧力変動による前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動により前記弁体を前記弁座に対して進退動させ被制御流体の流量を一定に保持するようにしたことを特徴とする定流量弁に係る。

【0013】

請求項２の発明は、前記中間伝達部材の前記複数個の球部材の間に棒状部材が介在されている請求項１に記載の定流量弁に係る。

【0014】

請求項３の発明は、前記第１可動部を第１ダイヤフラムに対して前後方向に直動するように規制する第１規制部と、前記第２可動部を第２ダイヤフラムに対して前後方向に直動するように規制する第２規制部とを有する請求項１に記載の定流量弁に係る。

【0015】

請求項４の発明は、前記加圧手段がバネである請求項１に記載の定流量弁に係る。

【0016】

請求項５の発明は、前記加圧手段が加圧気体である請求項１に記載の定流量弁に係る。

【発明の効果】

【0017】

請求項１の発明に係る定流量弁によると、被制御流体の流入部に接続された流入側チャンバと被制御流体の流出部に接続された流出側チャンバの間の流路に設けられた絞り部と、前記流出側チャンバに形成された弁座を有する弁本体部と、前記流入側チャンバに配置され該流入側チャンバを被制御流体と接する第１チャンバと該第１チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバとに区画し、前記第１チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段によって常時一定圧力で前記第１チャンバ側に加圧される第１ダイヤフラムと、前記流出側チャンバに配置され該流出側チャンバを被制御流体と接する第３チャンバと該第３チャンバの背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバとに区画し、前記第３チャンバ内の流体圧力を受圧しかつ前記弁座に対し進退動する弁体を備えた第２ダイヤフラムを有し、前記第２チャンバに前記第１ダイヤフラムとともに進退動する第１可動部が形成され、かつ前記第４チャンバに前記第２ダイヤフラムとともに進退動する第２可動部が形成されているとともに、前記第２チャンバと第４チャンバとの間には湾曲する接続チャンバが形成されていて、該接続チャンバに前記第１可動部及び第２可動部と係合して一の可動部の変動を他の可動部に伝達する複数個の球部材を含む中間伝達部材が配置されていて、前記絞り部前後の圧力変動による前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムの進退動により前記弁体を前記弁座に対して進退動させ被制御流体の流量を一定に保持するようにしたため、弁座と弁体等との想定外の接触を抑制することができ、被制御流体の清浄度をより高い状態で維持することが可能となる。

【0018】

請求項２の発明に係る定流量弁によると、請求項１において、前記中間伝達部材の前記複数個の球部材の間に棒状部材が介在されているため、一の可動部の変動をより確実に他の可動部へ伝達することが可能となる。

【0019】

請求項３の発明に係る定流量弁によると、請求項１において、前記第１可動部を第１ダイヤフラムに対して前後方向に直動するように規制する第１規制部と、前記第２可動部を第２ダイヤフラムに対して前後方向に直動するように規制する第２規制部とを有するため、横ずれ等が発生せず、一の可動部の変動を他の可動部に対して無駄なく伝達することができる。

【0020】

請求項４の発明に係る定流量弁によると、請求項１において、前記加圧手段がバネであるため、安価かつ簡易な構成で第１ダイヤフラムを付勢することができる。

【0021】

請求項５の発明に係る定流量弁によると、請求項１において、前記加圧手段が加圧気体であるため、容易に所望する圧力で第１ダイヤフラムを付勢することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施例に係る定流量弁の縦断面図である。

【図2】図１の定流量弁の第１ダイヤフラムが前進した状態を表す縦断面図である。

【図3】図１の定流量弁の第１ダイヤフラムが後退した状態を表す縦断面図である。

【図4】第２実施例に係る定流量弁の縦断面図である。

【図5】第３実施例に係る定流量弁の縦断面図である。

【図6】第４実施例に係る定流量弁の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１ないし図３に示す本発明の第１実施例に係る定流量弁１０は、弁本体部１１と、第１ダイヤフラム３０と、第２ダイヤフラム３５とを有し、主に半導体製造工場や半導体製造装置等の流体管路に配設される。定流量弁１０は、超純水、フッ酸、過酸化水素水、アンモニア水、塩酸等の各種の被制御流体の流通流量を一定化することができる装置である。特に、シリコンウエハの枚葉方式による洗浄に対応した被制御流体の制御を可能とする。

【0024】

定流量弁１０の弁本体部１１、第１ダイヤフラム３０、第２ダイヤフラム３５等の主要部材は、被制御流体からの腐食、あるいは被制御流体の清浄度に影響を与えない性質が求められる。このため、定流量弁１０の主要部材は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂、または、ステンレス鋼等の耐食性金属、もしくはこれらの組み合わせ等、耐食性及び耐薬品性の高い材料によって形成される。図示の定流量弁１０はフッ素樹脂のブロックから切削により加工、形成される。

【0025】

弁本体部１１は、図１ないし図３に示すように、被制御流体の流入部１２に接続された流入側チャンバ２０と被制御流体の流出部１３に接続された流出側チャンバ２５の間の流路に設けられた絞り部１５と、流出側チャンバ２５に形成された弁座１６を有する。この弁本体部１１は、複数の本体ブロック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを組み合わせて形成される。また、絞り部１５は、流路内の流体圧力を損失させて流入側チャンバ２０と流出側チャンバ２５の流体圧力に差圧を生じさせる。図の符号１７は流出側チャンバ２５と流出部１３とを接続する弁座１６の流出開口部である。

【0026】

実施例の弁本体部１１では、本体ブロック１１Ａに流入部１２、流出部１３、絞り部１５、弁座１６がそれぞれ形成される。本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｂは組み合わされ、流入側チャンバ２０と流出側チャンバ２５が形成される。また、本体ブロック１１Ｃと本体ブロック１１Ｄは組み合わされ、接続チャンバ７０が形成される。

【0027】

第１ダイヤフラム３０は、図１ないし図３に示すように、流入側チャンバ２０に配置され該流入側チャンバ２０を被制御流体と接する第１チャンバ２１と、第１チャンバ２１の背面側となり被制御流体と接しない第２チャンバ２２とに区画する。実施例の第１ダイヤフラム３０は、ダイヤフラム面となる肉薄の可動膜部３１と、可動膜部３１の外周に配置される外周部３２を有する。第１ダイヤフラム３０は、第２チャンバ２２側に配置された第１可動部４０と接続される。図示の第１ダイヤフラム３０と第１可動部４０は、機械的な接続ではなく互いに接触（当接）しているのみである。外周部３２は、本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｂとの間に狭着されて固定される。

【0028】

第１チャンバ２１は、本体ブロック１１Ａに形成されて、流入部１２から絞り部１５へ至る流体の流路を構成する。第２チャンバ２２は、本体ブロック１１Ｂに形成され、第１可動部４０のピストン部４２が進退可能なシリンダー部２３を有する。なお、図中の符号２４は第２チャンバ２２に接続された呼吸穴である。

【0029】

第１可動部４０は棒状部材４１からなり、前端４１ａが第１ダイヤフラム３０に接続されるとともに、第２チャンバ２２のシリンダー部２３を貫通して後端４１ｂが接続チャンバ７０側に突出して配置される。この第１可動部４０は、第１ダイヤフラム３０とともに進退動する。第１可動部４０（棒状部材４１）は、第１規制部１４ａにより、第１ダイヤフラム３０に対して前後する直動方向に規制される。第１規制部１４ａは本体ブロック１１Ｃ，１１Ｄに形成された壁部であり、第１可動部４０の後端４１ｂの側部は第１規制部１４ａにより摺動可能に保持される。

【0030】

第１ダイヤフラム３０は、第１チャンバ２１内の流体圧力を受圧しかつ加圧手段６０によって常時一定圧力で第１チャンバ２１側に加圧される。加圧手段６０としては、第１ダイヤフラム３０を常時一定圧力で第１チャンバ２１側に加圧することが可能なバネや加圧気体等の適宜である。第１実施例の加圧手段６０はバネ６１である。バネを使用した際の作用は次のとおりとなる。加圧手段６０のバネ６１は第２チャンバ２２のシリンダー部２３内に配置され、第１可動部４０のピストン部４２は第１ダイヤフラム３０側へ付勢される。そのため、第１ダイヤフラム３０には第１チャンバ２１側に常時一定の荷重が加わる。加圧手段６０としてバネ６１を用いることにより、比較的機構は簡便となりその分安価にすることができる。

【0031】

第２ダイヤフラム３５は、図１ないし図３に示すように、流出側チャンバ２５に配置され該流出側チャンバ２５を被制御流体と接する第３チャンバ２６と、該第３チャンバ２６の背面側となり被制御流体と接しない第４チャンバ２７とに区画する。実施例の第２ダイヤフラム３５は、ダイヤフラム面となる肉薄の可動膜部３６と、可動膜部３６の外周に配置される外周部３７を有する。該第２ダイヤフラム３５は、第４チャンバ２７側に配置された第２可動部５０に接続される。外周部３７は、本体ブロック１１Ａと本体ブロック１１Ｂとの間に狭着されて固定される。

【0032】

第３チャンバ２６は、本体ブロック１１Ａに形成されて、絞り部１５から流出開口部１７を介して流出部１３へ至る流体の流路を構成する。第４チャンバ２７は、本体ブロック１１Ｂに形成され、第２可動部５０のピストン部５２が進退可能なシリンダー部２８を有する。なお、図中の符号２９は第４チャンバ２７に接続された呼吸穴である。

【0033】

第２可動部５０は棒状部材５１からなり、前端５１ａが第２ダイヤフラム３５に接続されるとともに、第４チャンバ２７のシリンダー部２８を貫通して後端５１ｂが接続チャンバ７０内に突出して配置される。この第２可動部５０は、第２ダイヤフラム３５とともに進退動する。図示の第２ダイヤフラム３５と第２可動部５０は、機械的な接続ではなく互いに接触（当接）しているのみである。また、第２可動部５０（棒状部材５１）は、第２規制部１４ｂにより、第２ダイヤフラム３５に対して前後する直動方向に規制される。第２規制部１４ｂも本体ブロック１１Ｃ，１１Ｄに形成された壁部であり、第２可動部５０の後端５１ｂの側部は第２規制部１４ｂにより摺動可能に保持される。

【0034】

また、第２ダイヤフラム３５は、第３チャンバ２６内の流体圧力を受圧しかつ弁座１６に対し進退動する弁体３８を備える。弁体３８は、弁座１６側に向かって突出して形成された突出部であり、実施例ではテーパ状に形成されている。この弁体３８は、弁座１６に対して接触して流出開口部１７を閉鎖（閉弁）することはなく、常時適度な間隙を形成する。むろん、第２ダイヤフラム３５に形成される弁体３８の形状は図示の円錐形状に限られず、適宜である。

【0035】

第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５による流入側チャンバ２０及び流出側チャンバ２５の区画から容易に理解できるように、流路を流通する被制御流体の接触（接液）部位は限定される。そのため、本発明の定流量弁内を流通する被制御流体は高い清浄度で維持される。

【0036】

接続チャンバ７０は、図１ないし図３に示すように、流入側チャンバ２０の第２チャンバ２２と流出側チャンバ２５の第４チャンバ２７との間に双方を繋ぐように湾曲した管路状に形成され、その内部に中間伝達部材８０が配置される。接続チャンバ７０の円弧形状としては、半円状や半楕円状等の適宜の逆Ｕ字形状である。また、図示しないが、接続チャンバ７０の断面形状は正方形または円形であり、全長に亘って一定間隔で形成される。

【0037】

図１ないし図３に示すように、中間伝達部材８０には複数個の球部材８１が含まれている。中間伝達部材８０を構成する複数個の球部材８１は、第１可動部４０及び第２可動部５０と係合して、一の可動部４０（５０）の変動を他の可動部５０（４０）に伝達する。複数個の球部材８１は接続チャンバ７０の内壁に転動または摺動可能に保持され、接続チャンバ７０内において第１可動部４０の後端４１ｂから第２可動部５０の後端５１ｂに亘って互いに連接される。

【0038】

中間伝達部材８０による各可動部４０，５０の変動の伝達について説明する。図２に示すように、中間伝達部材８０が第１可動部４０の変動を第２可動部５０に伝達する場合、まず第１可動部４０が後退する。このとき、第１可動部４０の後端４１ｂと係合している球部材８１ａを介して連接する他の球部材８１が第２可動部５０側（図の右側）方向へ押し込まれて移動する。そして、各球部材８１が移動することにより、第２可動部５０の後端５１ｂと係合している球部材８１ｂを介して第２可動部５０は第２ダイヤフラム３５側へ押し込まれるとともに前進する。

【0039】

次に図３のとおり、中間伝達部材８０が第２可動部５０の変動を第１可動部４０に伝達する場合、まず第２可動部５０が後退する。このとき、第２可動部５０の後端５１ｂと係合している球部材８１ｂを介して連接する他の球部材８１が第１可動部４０側（図の左側）方向へ押し込まれて移動する。そして、各球部材８１が移動することにより、第１可動部４０の後端４１ｂと係合している球部材８１ａを介して第１可動部４０は第１ダイヤフラム３０側へ押し込まれるとともに前進する。

【0040】

第１可動部４０及び第２可動部５０は、それぞれ第１規制部１４ａ，第２規制部１４ｂにより、前後方向に直動するように規制されている。このため、球部材８１と係合して移動する場合でも横ずれ等が発生せず、一の可動部４０（５０）の変動を他の可動部５０（４０）に対して無駄なく伝達することができる。

【0041】

上記のように、中間伝達部材８０（球部材８１）は、接続チャンバ７０内を転動または摺動することによって変動を伝達する構成であることから、摩擦抵抗が低い材料が好ましく、グリスやコーティング処理等を行うことで摩擦を軽減することもできる。これにより、本体ブロック１１Ｃ，１１Ｄと中間伝達部材８０（球部材８１）との不要な摩擦が軽減されて、より円滑に変動を伝達することができる。

【0042】

当該定流量弁１０では、図２，３に示すように、絞り部１５前後の圧力変動による第１ダイヤフラム３０及び第２ダイヤフラム３５の進退動により、弁体３８は弁座１６に対して進退動する。そこで、被制御流体の流量は一定に保持される。

【0043】

例えば、図２のように、定流量弁１０の一次側圧力の上昇により第１ダイヤフラム３０側の流体圧力が高まると、第１可動部４０は第１ダイヤフラム３０とともに後退し、その変動は中間伝達部材８０（球部材８１）を介して第２可動部５０へ伝達される。これにより、第１ダイヤフラム３０から第２ダイヤフラム３５へ前進方向（弁座１６方向）への荷重が加わり、第２ダイヤフラム３５及び弁体３８は弁座１６に対して前進し、流通開口部１７の開度は縮小される。

【0044】

また、図３のように、定流量弁１０の二次側圧力の上昇により第２ダイヤフラム３５側の流体圧力が高まると、第２ダイヤフラム３５に第１ダイヤフラム３０からの荷重を押し戻す方向に作用が加わる。第２ダイヤフラム３５及び第２可動部５０は弁体３８とともに弁座１６から後退し、流通開口部１７の開度は拡大される。そして、第２可動部５０の変動が中間伝達部材８０を介して第１可動部４０へ伝達され、第１可動部４０を通じて第１ダイヤフラム３０が前進する。

【0045】

このように、各ダイヤフラム３０，３５は絞り部１５前後の被制御流体の圧力変動を受ける。そして、第１可動部４０及び第２可動部５０の変動は中間伝達部材８０（球部材８１）を介してそれぞれに伝達される。この結果、生じた変動は第２ダイヤフラム３５と弁体３８の進退動作に正確に反映され、定差圧、定流量を維持するように、流通開口部１７の開度は調整される。また、第１可動部４０，第２可動部５０，中間伝達部材８０をそれぞれ摩擦係数が低い材料で形成すれば、各ダイヤフラム３０，３５が流体より受ける圧力を荷重として極力損失させずに伝達することが可能となる。

【0046】

次に、当該定流量弁１０における被制御流体の流量と流体圧力の関係について説明する。以下の説明では、第１ダイヤフラム３０に加わる流体圧力をＰ１、第２ダイヤフラム３５に加わる流体圧力をＰ２、第２ダイヤフラム３５に加わる流出部１３側の流体圧力をＰ３、加圧手段６０により第１ダイヤフラムに加わる荷重をＳＰ、第１ダイヤフラム３０の有効受圧面積をＳ１、第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積をＳ２、弁座１６の流通開口部１７の面積をＳ３、流量をＱ、絞り部１５の開度面積により設定される流量係数をＡ、絞り部１５の前後に生じる差圧（Ｐ１−Ｐ２）をΔＰで表す。なお、第１ダイヤフラム３０の有効受圧面積Ｓ１と第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積Ｓ２は等しい（Ｓ１＝Ｓ２）とする。また、ダイヤフラムにおける有効受圧面積とは、その可動部である薄肉の膜部からなるダイヤフラム面の可動膜部が有効に圧力を受ける面積である。

【0047】

第１ダイヤフラム３０を後退させる力（Ｆ１）、第２ダイヤフラム３５を後退させる力（Ｆ２）は、それぞれ下記の式で表される。
Ｆ１＝Ｓ１×Ｐ１
Ｆ２＝（Ｓ２−Ｓ３）×Ｐ２＋Ｓ３×Ｐ３＋ＳＰ

【0048】

ここで、弁座１６の流通開口部１７の面積Ｓ３をごく小さくすることにより、第２ダイヤフラム３５に加わる流出部１３側の流体圧力Ｐ３は無視可能となる。これらから、バランス式（Ｆ１＝Ｆ２）は、下記のとおりである。
Ｓ１×Ｐ１＝Ｓ１×Ｐ２＋ＳＰ
Ｓ１（Ｐ１−Ｐ２）＝ＳＰ
ΔＰ＝ＳＰ／Ｓ１

【0049】

上記の式から理解されるように、当該定流量弁１０の絞り部１５による差圧（ΔＰ）は、加圧手段６０の荷重（ＳＰ）及び第１ダイヤフラム３０、第２ダイヤフラム３５の有効受圧面積（Ｓ１＝Ｓ２）により決定される。そこで、流体の流量（Ｑ）は、差圧（ΔＰ）によって決定されることから、下記の式で表すことができる。
Ｑ＝Ａ×√（ΔＰ）
＝Ａ×√（ＳＰ／Ｓ１）

【0050】

従って、当該定流量弁１０では、加圧手段６０の荷重（ＳＰ）を可変とすることで差圧（ΔＰ）を変化させて、流体の流量（Ｑ）を変更させることが可能となる。加圧手段６０の加圧量を変化させる方法としては、バネの場合、バネ自体の交換、手動あるいはモーター駆動等によりバネ荷重を変化させる方法がある。加圧気体の場合、流入量を制御して圧力を調整する方法である。

【0051】

図４に示す第２実施例に係る定流量弁１０Ａは、中間伝達部材８０Ａの複数個の球部材８１の間に棒状部材８２が介在されている。この定流量弁１０Ａの接続チャンバ７０Ａでは、第１可動部４０側の複数の球部材８１ａ，８１ｃが転動または摺動可能な第１湾曲部７１ａと、第２可動部５０側の複数の球部材８１ｂ，８１ｄが転動または摺動可能な第２湾曲部７１ｂと、各湾曲部７１ａ，７１ｂと連通するとともに棒状部材８２が直線的に摺動可能な直線部７２を有する。以下の説明において、第１実施例と同一の符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。

【0052】

定流量弁１０Ａにあっては、中間伝達部材８０Ａが第１可動部４０の変動を第２可動部５０に伝達する場合、まず第１可動部４０が後退することにより、第１可動部４０の後端４１ｂと係合している球部材８１ａを介して連接する第１可動部４０側の他の球部材８１ｃは接続チャンバ７０Ａの第１湾曲部７１ａ内を転動または摺動して直線部７２側の方向へ押し込まれて移動する。このようにして移動した球部材８１ｃにより、連接する棒状部材８２は接続チャンバ７０Ａの直線部７２内を摺動して第２湾曲部７１ｂ側へ押し込まれて移動し、第２可動部５０側の球部材８１ｄを第２湾曲部７１ｂ内で転動または摺動するように第２可動部５０側へ押し込み移動させる。そして、球部材８１ｄが移動することにより、第２可動部５０は第２可動部５０の後端５１ｂと係合している球部材８１ｂを介して第２ダイヤフラム３５側へ押し込まれて前進する。

【0053】

中間伝達部材８０Ａが第２可動部５０の変動を第１可動部４０に伝達する場合、まず第２可動部５０が後退することにより、第２可動部５０の後端５１ｂと係合している球部材８１ｂを介して連接する第２可動部５０側の他の球部材８１ｄが接続チャンバ７０Ａの第２湾曲部７１ｂ内を転動または摺動して直線部７２側の方向へ押し込まれて移動する。このようにして移動した球部材８１ｄにより、連接する棒状部材８２は接続チャンバ７０Ａの直線部７２内を摺動して第１湾曲部７１ａ側へ押し込まれて移動し、第１可動部４０側の球部材８１ｃを第１湾曲部７１ａ内で転動または摺動するように第１可動部４０側へ押し込み移動させる。そして、球部材８１ｃが移動することにより、第１可動部４０は第１可動部４０の後端４１ｂと係合している球部材８１ａを介して第１ダイヤフラム３０側へ押し込まれて前進する。

【0054】

上のように、中間伝達部材８０Ａの複数個の球部材８１の間に棒状部材８２を介在させることにより、一の可動部の変動をより確実に他の可動部へ伝達することが可能となる。また、棒状部材に球部材よりも軽量な部材を採用することもでき、中間伝達部材の軽量化を図り、伝達に要する負荷を軽減することもできる。

【0055】

また、この定流量弁１０Ａでは、図４に示すように、第４チャンバ２７のシリンダー部２８内に加圧手段６０としてバネ６１Ａが配置されて、第２可動部５０のピストン部５２Ａを中間伝達部材８０Ａ側（図の上側）へ付勢することにより、中間伝達部材８０Ａを介して第１ダイヤフラム３０を常時一定圧力で第１チャンバ２１側に押し下げている。実施例では、ピストン部５２Ａが棒状部材５１Ａの接続チャンバ７０Ａ側に設けられて、シリンダー部２８の第２ダイヤフラム３５側にバネ６１Ａが配置される。さらに、第２可動部５０（棒状部材５１Ａ）と第２ダイヤフラム３５の動作の連動性を高めるため、双方は螺合等により結合される。

【0056】

このように、第４チャンバ２７のシリンダー部２８内に加圧手段６０としてのバネ６１Ａを配置していることにより、被制御流体の流量減少や停止により被制御流体の流体圧力が低下した場合であっても、第２ダイヤフラム３５（弁体３８）の弁座１６への接触は防止される。

【0057】

図５に示す第３実施例に係る定流量弁１０Ｂでは、加圧手段６０として第２チャンバ２２に接続されたレギュレータ（図示せず）により所定圧力に調節された加圧気体６２が使用される。第１ダイヤフラム３０は常時一定圧力で第１チャンバ２１側に加圧される。加圧手段６０として加圧気体６２を用いることにより、容易に所望する圧力で第１ダイヤフラム３０を加圧（付勢）することができる。図中、符号６２Ａは加圧気体６２の流入口である。

【0058】

図６に示す第４実施例に係る定流量弁１０Ｃでは、中間伝達部材８０の複数個の球部材８１のそれぞれの間に球保持部材８３（ベアリングリテーナー）が介在される。球部材８１とともに球保持部材８３が備えられることにより、球部材８１同士の接触による摩擦が軽減されて伝達効率が高まる。

【0059】

なお、本発明の定流量弁は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜に変更して実施することができる。例えば、第１実施例ないし第４実施例における各加圧手段の構成は、それぞれ各実施例のみに限定されるものではなく、それぞれ入れ替えて構成することも可能である。

【符号の説明】

【0060】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 定流量弁
１１ 弁本体部
１２ 流入部
１３ 流出部
１５ 絞り部
１６ 弁座
２０ 流入側チャンバ
２１ 第１チャンバ
２２ 第２チャンバ
２３ シリンダー部
２５ 流出側チャンバ
２６ 第３チャンバ
２７ 第４チャンバ
２８ シリンダー部
３０ 第１ダイヤフラム
３５ 第２ダイヤフラム
３８ 弁体
４０ 第１可動部
４１ 棒状部材
５０ 第２可動部
５１ 棒状部材
６０ 加圧手段
６１ バネ
７０ 接続チャンバ
８０ 中間伝達部材
８１ 球部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】