特開 2022-137853 電動弁及び流体制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022137853

(43)【公開日】2022-09-22

(54)【発明の名称】電動弁及び流体制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20220914BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 B

F16K31/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021037547

(22)【出願日】2021-03-09

(71)【出願人】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100201879

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 大輝

(72)【発明者】

【氏名】笹尾 起美仁

【テーマコード（参考）】

3H062

【Ｆターム（参考）】

3H062AA02

3H062AA15

3H062BB24

3H062BB26

3H062CC02

3H062DD01

3H062EE06

3H062FF33

3H062GG01

3H062HH02

3H062HH03

3H062HH10

(57)【要約】

【課題】全閉時にばね部材の付勢力が過剰になることを回避することができる新規な電動弁及び該電動弁が配置された流体制御装置を提供する。
【解決手段】弁体４０の開放停止状態では、ばね部材Ｓが後側への付勢力により可動ばね受け部６０を作動室２５の後側に保持しているとともに、ばね部材の前側への付勢力に抗して弁体保持部５１を停止させて弁体を弁座２３から離隔された位置で停止させ、弁体の閉鎖状態では、ばね部材が前側への付勢力により弁体保持部を弁体が弁座に当接された位置で保持しているとともに、作動軸７０の前進により連結部材７５が第１長穴部５４内及び第２長穴部６４内を前側へ摺動して第２長穴部の前端部に当接した後、作動軸がさらに前進することによって第２長穴部の前端部に当接した連結部材を介して可動ばね受け部をばね部材の後側への付勢力に抗して前進させてばね部材を押圧して圧縮させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁座が形成された弁室と、前記弁室の後部側に配置された作動室と、前記作動室の後部側に配置された電動式駆動機構を有する駆動室とが形成されたハウジングと、
前記弁室にダイアフラムと一体に配置されて前記弁座を開閉する弁体と、
前記作動室に配置されて前記弁体が取り付けられる弁機構体と、
前記電動式駆動機構により進退動する作動軸と、
を備えた電動弁であって、
前記弁機構体は、
前記弁体が取り付けられる弁体取付部と前記作動軸の進退方向に延設された第１長穴部と前側ばね受け部とを有する弁体保持部と、
前記作動軸の進退方向に延設された第２長穴部と前記前側ばね受け部に対向配置された後側ばね受け部とを有する可動ばね受け部と、
前記前側ばね受け部と前記後側ばね受け部との間に配設されて外方向に付勢力が作用するばね部材と、を備え、
前記作動軸の先部に固設された連結部材が前記弁体保持部の前記第１長穴部及び前記可動ばね受け部の前記第２長穴部に摺動可能に嵌挿されて前記作動軸と前記弁体保持部と前記可動ばね受け部とが連結されており、
前記弁体の開放停止状態においては、前記ばね部材が後側への付勢力により前記後側ばね受け部を介して前記可動ばね受け部を前記作動室の後側に保持しているとともに、前記第１長穴部の後端部が前記連結部材に係着して前記前側ばね受け部を介して作用する前記ばね部材の前側への付勢力に抗して前記弁体保持部を停止させて、前記弁体を前記弁座から離隔された位置で停止させ、
前記弁体の後退移動状態においては、前記作動軸の後退により前記連結部材が前記第１長穴部の後端部に係着しつつ前記第２長穴部を後側へ摺動し、前記ばね部材の前側への付勢力に抗して前記弁体保持部を後退させて、前記弁体を前記弁座から離隔する方向へ移動させ、
前記弁体の前進移動状態においては、前記作動軸の前進により前記連結部材が前記第１長穴部の後端部との係着状態を保持しつつ前記第２長穴部を前側へ摺動し、前記弁体保持部を前記ばね部材の前側への付勢力とともに前進させて、前記弁体を前記弁座方向へ移動させ、
前記弁体の閉鎖状態においては、前記ばね部材が前側への付勢力により前記前側ばね受け部を介して前記弁体保持部を前記弁体が前記弁座に当接された位置で保持しているとともに、前記作動軸の前進により前記連結部材が前記第１長穴部内及び前記第２長穴部内を前側へ摺動して前記第２長穴部の前端部に当接した後、前記作動軸がさらに前進することによって前記第２長穴部の前端部に当接した前記連結部材を介して前記可動ばね受け部を前記ばね部材の後側への付勢力に抗して前進させて前記ばね部材を押圧して圧縮させる
ことを特徴とする電動弁。

【請求項2】

請求項１に記載の電動弁の下流側の流路に、緊急時に前記流路を閉鎖する緊急用開閉弁が配置されていることを特徴とする流体制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電動弁及び流体制御装置に関し、特には直動型ステッピングモータによって作動される電動弁及び該電動弁が配置された流体制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体製造における大規模集積化、加工の微細化が進み、２０２３年には配線ピッチ３ｎｍの半導体デバイスが量産される計画がある。このように微細な配線幅の半導体製造では、その製造工程内における流体の流通経路での微細なゴミ（パーティクル）の混入が、製品の歩留まりに大きな影響を与える。歩留まりを維持するためには、パーティクルを配線ピッチの半分以下のサイズとして流体の清浄度を維持しながら流通させることが要求される。

【0003】

例えば、従来の半導体製造の流路構造では、ポンプ等の流体の供給源に接続された流路に、流体圧力を調節する調圧弁、流体の流量を調節する流量調節弁、流体を遮断又は通過可能とする開閉弁等が適宜に配置される。この半導体製造に使用される開閉弁では、エアー操作弁が一般的に使用される（例えば、特許文献１参照）。図１２，１３に示すエアー操作弁１００は、流体が流通する流路と弁座が形成されたハウジング１１１と、ダイアフラム１４５が一体に形成され弁座１２３を開閉する弁体１４０を有する弁機構体１５０と、弁機構体１５０を弁座１２３方向へ付勢するばね部材Ｓ１０と、加圧気体により弁体を進退させる加圧手段１３０，１３１とを備える。このエアー操作弁１１０では、ばね部材Ｓ１０の付勢力又は加圧気体とばね部材Ｓ１０の付勢力によって弁体１４０を弁座１２３に着座させて閉鎖（全閉）するように構成される。図において、符号１２０はハウジング１１１内に形成され弁座１２３を有する弁室、１２１は流体の流入部、１２２は流体の流出部、１２５は弁機構体１５０が配置される作動室である。

【0004】

また、エアー操作弁１００の代わりに、電動弁２００を開閉弁として用いる場合がある。図１４，１５に示す電動弁２００は、弁室２２０と作動室２２５と駆動室２３０とを有するハウジング２１１と、ダイアフラム２４５と一体に形成され弁室２２０内の弁座２２３を開閉する弁体２４０と、作動室２２５に配置されて弁体２４０が取り付けられるとともに駆動室２３０配置された電動式駆動機構２３５の作動軸２７０の先端係合部２７２と空間を介して係合する係合空間部２５５有しかつばね部材Ｓ２０により常時弁室２２０側へ付勢される弁機構体２５０とを備える（例えば、特許文献２参照）。この電動弁２００では、作動軸２７０の先端係合部２７２が弁機構体２５０の係合空間部２５５内に位置してばね部材Ｓ２０の付勢力とともに弁機構体２５０を前進させて弁体２４０を弁座２２３に着座させて閉鎖（全閉）するように構成される。図において、符号２２１は流体の流入部、２２２は流体の流出部である。

【0005】

開閉弁である上記エアー操作弁１００や電動弁２００では、ばね部材（Ｓ１０，Ｓ２０）の付勢力のみで弁体（１４０，２４０）を弁座（１２３，２２３）に着座させて閉鎖することが可能であることから、ばね部材（Ｓ１０，Ｓ２０）が最大使用圧力に応じた付勢力となるように構成される。しかしながら、流体圧力が最大使用圧力より低い場合には、ばね部材（Ｓ１０，Ｓ２０）の付勢力が過剰になるため、弁体（１４０，２４０）が弁座（１２３，２２３）に着座する際にパーティクルが発生しやすくなる問題があった。また、弁体が強く押し付けられることによって弁座の変形量が大きくなってパーティクルが発生する可能性があるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６－１３８６４１号公報

【特許文献2】特開２０２０－０９１０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、全閉時にばね部材の付勢力が過剰になることを回避することができる新規な電動弁及び該電動弁が配置された流体制御装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、請求項１の発明は、弁座が形成された弁室と、前記弁室の後部側に配置された作動室と、前記作動室の後部側に配置された電動式駆動機構を有する駆動室とが形成されたハウジングと、前記弁室にダイアフラムと一体に配置されて前記弁座を開閉する弁体と、前記作動室に配置されて前記弁体が取り付けられる弁機構体と、前記電動式駆動機構により進退動する作動軸と、を備えた電動弁であって、前記弁機構体は、前記弁体が取り付けられる弁体取付部と前記作動軸の進退方向に延設された第１長穴部と前側ばね受け部とを有する弁体保持部と、前記作動軸の進退方向に延設された第２長穴部と前記前側ばね受け部に対向配置された後側ばね受け部とを有する可動ばね受け部と、前記前側ばね受け部と前記後側ばね受け部との間に配設されて外方向に付勢力が作用するばね部材と、を備え、前記作動軸の先部に固設された連結部材が前記弁体保持部の前記第１長穴部及び前記可動ばね受け部の前記第２長穴部に摺動可能に嵌挿されて前記作動軸と前記弁体保持部と前記可動ばね受け部とが連結されており、前記弁体の開放停止状態においては、前記ばね部材が後側への付勢力により前記後側ばね受け部を介して前記可動ばね受け部を前記作動室の後側に保持しているとともに、前記第１長穴部の後端部が前記連結部材に係着して前記前側ばね受け部を介して作用する前記ばね部材の前側への付勢力に抗して前記弁体保持部を停止させて、前記弁体を前記弁座から離隔された位置で停止させ、前記弁体の後退移動状態においては、前記作動軸の後退により前記連結部材が前記第１長穴部の後端部に係着しつつ前記第２長穴部を後側へ摺動し、前記ばね部材の前側への付勢力に抗して前記弁体保持部を後退させて、前記弁体を前記弁座から離隔する方向へ移動させ、前記弁体の前進移動状態においては、前記作動軸の前進により前記連結部材が前記第１長穴部の後端部との係着状態を保持しつつ前記第２長穴部を前側へ摺動し、前記弁体保持部を前記ばね部材の前側への付勢力とともに前進させて、前記弁体を前記弁座方向へ移動させ、前記弁体の閉鎖状態においては、前記ばね部材が前側への付勢力により前記前側ばね受け部を介して前記弁体保持部を前記弁体が前記弁座に当接された位置で保持しているとともに、前記作動軸の前進により前記連結部材が前記第１長穴部内及び前記第２長穴部内を前側へ摺動して前記第２長穴部の前端部に当接した後、前記作動軸がさらに前進することによって前記第２長穴部の前端部に当接した前記連結部材を介して前記可動ばね受け部を前記ばね部材の後側への付勢力に抗して前進させて前記ばね部材を押圧して圧縮させることを特徴とする電動弁に係る。

【0009】

請求項２の発明は、請求項１に記載の電動弁の下流側の流路に、緊急時に前記流路を閉鎖する緊急用開閉弁が配置されていることを特徴とする流体制御装置に係る。

【発明の効果】

【0010】

請求項１の発明に係る電動弁によると、弁座が形成された弁室と、前記弁室の後部側に配置された作動室と、前記作動室の後部側に配置された電動式駆動機構を有する駆動室とが形成されたハウジングと、前記弁室にダイアフラムと一体に配置されて前記弁座を開閉する弁体と、前記作動室に配置されて前記弁体が取り付けられる弁機構体と、前記電動式駆動機構により進退動する作動軸と、を備えた電動弁であって、前記弁機構体は、前記弁体が取り付けられる弁体取付部と前記作動軸の進退方向に延設された第１長穴部と前側ばね受け部とを有する弁体保持部と、前記作動軸の進退方向に延設された第２長穴部と前記前側ばね受け部に対向配置された後側ばね受け部とを有する可動ばね受け部と、前記前側ばね受け部と前記後側ばね受け部との間に配設されて外方向に付勢力が作用するばね部材と、を備え、前記作動軸の先部に固設された連結部材が前記弁体保持部の前記第１長穴部及び前記可動ばね受け部の前記第２長穴部に摺動可能に嵌挿されて前記作動軸と前記弁体保持部と前記可動ばね受け部とが連結されており、前記弁体の開放停止状態においては、前記ばね部材が後側への付勢力により前記後側ばね受け部を介して前記可動ばね受け部を前記作動室の後側に保持しているとともに、前記第１長穴部の後端部が前記連結部材に係着して前記前側ばね受け部を介して作用する前記ばね部材の前側への付勢力に抗して前記弁体保持部を停止させて、前記弁体を前記弁座から離隔された位置で停止させ、前記弁体の後退移動状態においては、前記作動軸の後退により前記連結部材が前記第１長穴部の後端部に係着しつつ前記第２長穴部を後側へ摺動し、前記ばね部材の前側への付勢力に抗して前記弁体保持部を後退させて、前記弁体を前記弁座から離隔する方向へ移動させ、前記弁体の前進移動状態においては、前記作動軸の前進により前記連結部材が前記第１長穴部の後端部との係着状態を保持しつつ前記第２長穴部を前側へ摺動し、前記弁体保持部を前記ばね部材の前側への付勢力とともに前進させて、前記弁体を前記弁座方向へ移動させ、前記弁体の閉鎖状態においては、前記ばね部材が前側への付勢力により前記前側ばね受け部を介して前記弁体保持部を前記弁体が前記弁座に当接された位置で保持しているとともに、前記作動軸の前進により前記連結部材が前記第１長穴部内及び前記第２長穴部内を前側へ摺動して前記第２長穴部の前端部に当接した後、前記作動軸がさらに前進することによって前記第２長穴部の前端部に当接した前記連結部材を介して前記可動ばね受け部を前記ばね部材の後側への付勢力に抗して前進させて前記ばね部材を押圧して圧縮させるため、閉弁（全閉）時に可動ばね受け部を前進させてばね部材を圧縮させてその付勢力を調節することが可能であり、流体圧力に対してばね部材の付勢力が過剰になることを回避して適切な任意の付勢力を設定することができる。

【0011】

請求項２の発明に係る流体制御装置によると、請求項１に記載の電動弁の下流側の流路に、緊急時に前記流路を閉鎖する緊急用開閉弁が配置されているため、緊急時に安全に流路の閉鎖を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る電動弁の開弁時の縦断面図である。

【図2】図１の電動弁の閉弁時の縦断面図である。

【図3】図１の電動弁のばね部材圧縮時の縦断面図である。

【図4】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図5】弁体の開弁時における弁機構体近傍の拡大断面図である。

【図6】弁体の閉弁時点における弁機構体近傍の拡大断面図である。

【図7】弁体の閉弁時において作動軸が自由移動している状態の弁機構体近傍の拡大断面図である。

【図8】弁体の閉弁時において作動軸が第２長穴部の前端部に当接した状態の弁機構体近傍の拡大断面図である。

【図9】弁体の閉弁時において可動ばね受け部が前進した状態の弁機構体近傍の第１の拡大断面図である。

【図10】弁体の閉弁時において可動ばね受け部が前進した状態の弁機構体近傍の第２の拡大断面図である。

【図11】電動弁を利用した回路の概略図ある。

【図12】従来のエアー操作弁の開弁時の縦断面図である。

【図13】図１２のエアー操作弁の閉弁時の縦断面図である。

【図14】従来の電動弁の開弁時の縦断面図である。

【図15】図１４の電動弁の閉弁時の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１～図３に示す本発明の一実施形態に係る電動弁１０は、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開閉弁であって、流体の流量の調節や遮断を行うように構成される。この電動弁１０は、ハウジング１１と、電動式駆動機構３５と、弁体４０と、弁機構体５０と、作動軸７０とを備える。

【0014】

電動弁１０では、流体と接触するハウジング１１、弁体４０等の各部が耐食性及び耐薬品性の高い材料で構成される。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂である。フッ素樹脂は、切削等により所望する形状に容易に加工することができる。また、この電動弁１０では、純水、アンモニア水、フッ酸、過酸化水素水、塩酸、オゾン水、水素水、酸素水、界面活性剤等の薬液、水素、酸素等のガス等の被制御流体が流通される。

【0015】

ハウジング１１は、弁座２３が形成された弁室２０と、弁室２０の後部側に配置された作動室２５と、作動室２５の後部側に配置された電動式駆動機構３５を有する駆動室３０とが形成される。図において、符号２１は弁室２０の一側に接続された被制御流体の流入部、２２は弁座２３を介して弁室２０の他側に接続された被制御流体の流出部、２２ａは流出部２２の流路径を縮小させたオリフィス部、３１は駆動室３０の隔壁部である。

【0016】

電動式駆動機構３５は、適宜の演算装置（図示せず）の制御により進退量を調節して後述の作動軸７０を進退動させる部材である。電動式駆動機構３５としては、作動軸７０の進退量を精度良く再現できるものであれば特に限定されず、例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ等が好適に用いられる。実施形態の電動式駆動機構３５は、直動型ステッピングモータである。電動式駆動機構３５に関して、３６はロータ、３７は作動軸７０を進退動させるシャフト、３８は配線部である。

【0017】

弁体４０は、弁室２０にダイアフラム４５，４６と一体に配置されて弁座２３を開閉する部材である。この弁体４０は、進退することにより弁座２３に対して着座又は弁座２３から後退して弁座２３を開閉する弁部４１を有する。弁部４１の形状は、弁座２３の開閉を確実に行うことが可能であれば特に限定されない。図示の弁部４１は、フラット形状のシール部４２を有する。ダイアフラム４５，４６は、薄肉の可動膜からなり、弁室２０内を流通する被制御流体の作動室２５側への浸入を防止する。図において、符号４７はダイアフラム４５，４６の後部側と連通する通気孔である。

【0018】

弁機構体５０は、作動室２５に周方向に回転不能に同軸的に進退自在に配置されて弁体４０が取り付けられる部材であって、弁体保持部５１と、可動ばね受け部６０と、ばね部材Ｓとを備える。弁体保持部５１は、弁体４０が取り付けられる弁体取付部５２と、筒状の連結部５３に作動軸７０の進退方向に延設された一対の第１長穴部５４，５４と、前側ばね受け部５５とを有する。前側ばね受け部５５は、例えば、図４に示す公知のスプライン嵌合構造で構成される。

【0019】

可動ばね受け部６０は、筒状の連結部６３に作動軸７０の進退方向に延設された一対の第２長穴部６４，６４と、前側ばね受け部５５に対向配置された後側ばね受け部６５とを有する。第２長穴部６４は、弁体保持部５１の第１長穴部５４と連通するように配置されている。図において、符号６１は駆動室３０の隔壁部３１との当接部である。

【0020】

ばね部材Ｓは、前側ばね受け部５５と後側ばね受け部６５との間に配設されて外方向に付勢力が作用する弾性部材である。ばね部材Ｓの外方向への付勢力は、作動軸７０の進退方向に相当する付勢力であって、前側ばね受け部５５を常時駆動室３０側へ付勢する力と、後側ばね受け部６５を常時弁室２０側へ付勢する力で構成される。ばね部材Ｓは、外方向へ付勢力が作用する弾性部材であれば特に限定されないが、簡素な構成で安価な公知のコイルばねが好適である。

【0021】

作動軸７０は、電動式駆動機構３５により進退動する部材であって、弁機構体５０の弁体保持部５１の連結部５３に連結される。作動軸７０は、電動式駆動機構３５により直動可能な適宜の棒状部材からなる。作動軸７０としては、例えば公知のネジ部材を所望する長さに切断して容易に製造することができる。また、この作動軸７０は、電動式駆動機構３５の前側に突出して弁機構体５０と連結するとともに、電動式駆動機構３５の後側に突出してハウジング１１の後部のセンサー部１５により進退動が検知されるように構成される。ハウジング１１の後部側で作動軸７０の作動の検知を可能とすることにより、弁体側にセンサー部を配置する必要がなくなって電動弁の大型化を回避することができる。なお、図の符号７１は作動軸７０の後部に設けられてセンサー部１５に検知される被検知部である。

【0022】

また、作動軸７０の先部７２には、連結部材７５が固設される。連結部材７５は、連通するように配置された弁体保持部５１の第１長穴部５４と、可動ばね受け部６０の第２長穴部６４とにそれぞれ摺動可能に嵌挿されて、弁体保持部５１と可動ばね受け部６０と作動軸７０とを連結するように構成される。連結部材７５は、第１長穴部５４と第２長穴部６４に摺動可能に嵌挿することができる部材であれば特に限定されない。例えば、構造が簡素なピン部材であれば簡単で確実な連結が可能で好ましく、特にスプリングピンであれば作動軸７０の先部７２に強固に固定可能であるため、より好ましい。

【0023】

弁体保持部５１と、可動ばね受け部６０と、作動軸７０との連結構造は、上記連結部材７５と第１長穴部５４及び第２長穴部６４との関係が成立する構造であれば、特に限定されない。実施形態では、弁体保持部５１の連結部５３内に作動軸７０が嵌挿され、かつ可動ばね受け部６０の連結部６３内に弁体保持部５１の連結部５３が嵌挿されるように構成されている。

【0024】

本発明の電動弁１０は、電動式駆動機構３５が作動軸７０を進退動させることによって、作動軸７０に連結された弁機構体５０を介して弁体４０が弁座２３に対して進退するように作動させて、弁座２３を開閉して流体の流量の調節や遮断を行うように構成される。ここで、上記電動弁１０の作動について、弁体４０の進退動における開放停止状態、前進移動状態、閉鎖状態、後退移動状態の各状態に応じて説明する。

【0025】

弁体４０の開放停止状態は、図１，５に示すように、弁体４０を弁座２３から離隔された位置で停止させた状態である。この開放停止状態において、まず作動軸７０は、後退位置において電動式駆動機構３５の作動停止により停止状態で保持されている。その際、作動軸７０は、後部に設けられた被検知部７１がセンサー部１５により後退位置で停止していることが検知される。また、先部７２に固設された連結部材７５は、連通する弁体保持部５１の第１長穴部５４と、可動ばね受け部６０の第２長穴部６４の双方に嵌挿される。

【0026】

また、弁体保持部５１は、第１長穴部５４の後端部５４ａが連結部材７５に係着して、前側ばね受け部５５を介して作用するばね部材Ｓの前側への付勢力に抗して停止される。すなわち、弁体保持部５１にばね部材Ｓの前側への付勢力が作用するが、第１長穴部５４の後端部５４ａが係着する連結部材７５が停止状態の作動軸７０の先部７２に固設されていることにより、弁体保持部５１は前進不可能とされる。その際、作動軸７０が後退位置で停止されているため、弁体保持部５１は弁体４０を弁座２３から離隔させる後退位置で停止した状態となる。

【0027】

一方、ばね部材Ｓは、後側への付勢力により後側ばね受け部６５を介して可動ばね受け部６０を作動室２５の後側に保持している。すなわち、可動ばね受け部６０が、ばね部材Ｓの後側への付勢力により、駆動室３０の隔壁部３１に当接された状態で押圧保持された状態となる。この時、可動ばね受け部６０の第２長穴部６４は、その後端部６４ａが第１長穴部５４の後端部５４ａと同位置又は第１長穴部５４の後端部５４ａより後方（図示の例では後方）に位置し、その前端部６４ｂが第１長穴部５４の後端部５４ａと前端部５４ｂの間、つまり第１長穴部５４の前端部５４ｂより後側に第２長穴部６４の前端部６４ｂが位置している。この第２長穴部６４の前端部６４ｂの位置は、第１長穴部５４の後端部５４ａに係着した連結部材７５との距離が少なくとも弁体保持部５１の移動距離より離れている位置とされる。

【0028】

弁体４０の前進移動状態は、弁体４０が弁座２３方向へ移動している状態である。この前進移動状態において、まず作動軸７０は、電動式駆動機構３５の作動により、先部７２に固着された連結部材７５とともに弁室２０方向へ前進される。この時、弁体保持部５１にばね部材Ｓの前側の付勢力が作用していることから、連結部材７５が第１長穴部５４の後端部５４ａとの係着状態を保持しつつ第２長穴部６４を前側へ摺動する。したがって、弁体保持部５１は、ばね部材Ｓの前側への付勢力とともに前進され、弁体４０を弁座２３方向へ移動させる。なお、前進移動状態では、連結部材７５と弁体保持部５１の第１長穴部５４の後端部５４ａとの係着状態が保持されるため、弁体保持部５１が作動軸７０の移動量を超えて移動することがなく、作動軸７０の作動に応じてその移動量が制御される。

【0029】

弁体４０の閉鎖状態（閉弁状態）は、図２，３，６～１０に示すように、弁体４０が弁座２３に当接して閉鎖（閉弁）した状態である。この閉鎖状態においては、図２，６に示すように、作動軸７０の前進とともに弁体保持部５１を介して弁体４０が前進移動して弁座２３に到達することによって、弁体４０が弁座２３に当接される。この時、ばね部材Ｓが前側への付勢力により前側ばね受け部５５を介して弁体保持部５１を弁体４０が弁座２３に当接された位置で保持している。すなわち、ばね部材Ｓの前側への付勢力により弁体４０による弁座２３の閉鎖が行われる。

【0030】

また、作動軸７０とともに前進した連結部材７５が第１長穴部５４の後端部５４ａに係着しているとともに第２長穴部６４内に嵌挿されているため、連結部材７５に対して第１長穴部５４の前部側及び第２長穴部６４の前部側に、それぞれ間隙５４ｃ，６４ｃが形成される。すなわち、連結部材７５は、作動軸７０の前進時に第１長穴部５４の前部側及び第２長穴部６４の前部側に間隙５４ｃ，６４ｃを有するので、閉弁後は自由（フリー）状態となっており、必要により、この間隙Ｓ１を前進移動可能となる。そこで、ばね部材Ｓの付勢力によって弁体４０が弁座２３を閉鎖（閉弁）した場合、図７に示すように、弁体保持部５１が前進位置（閉弁位置）で停止した状態、すなわち前進できなくなった状態で連結部材７５とともに作動軸７０がさらに前進される。

【0031】

図からも理解されるように、ばね部材Ｓの付勢力によって弁体４０が移動され、弁体４０が弁座２３に当接して弁座２３が閉鎖（閉弁）後に、作動軸７０に固設された連結部材７５が第１長穴部５４及び第２長穴部６４の間隙５４ｃ，６４ｃを自由（フリー）移動できるということは、弁体４０の閉鎖時における弁座２３との衝突や過大な摩擦等が回避ないし緩和されることを意味する。そのため、これらの衝突や摩擦等に伴う問題の発生を一挙に解決することができる。

【0032】

上記の閉弁状態での作動軸７０の自由移動により、作動軸７０が継続して前進されると、図８に示すように、連結部材７５は第１長穴部５４内及び第２長穴部６４内を前側へ摺動して、第２長穴部６４の前端部６４ｂに当接される。この時、第２長穴部６４の前端部６４ｂが第１長穴部５４の前端部５４ｂより後側に位置しているため、第２長穴部６４の前端部６４ｂに当接した連結部材７５に対して、第１長穴部５４の前部側に依然として間隙５４ｃが存在している。そこで作動軸７０は、さらに継続して前進可能である。

【0033】

第２長穴部６４の前端部６４ｂに連結部材７５が当接された状態で作動軸７０がさらに前進すると、図９に示すように、第２長穴部６４の前端部６４ｂに当接した連結部材７５を介して可動ばね受け部６０がばね部材Ｓの後側への付勢力に抗して前進される。すなわち、可動ばね受け部６０が駆動室３０の隔壁部３１から離隔されて、弁室２０方向へ移動（前進）される。ここで、弁体保持部５１が閉弁により前側ばね受け部５５を介して作用するばね部材Ｓの前側への付勢力に抗して停止状態（前進不可能）となっていることから、可動ばね受け部６０が後側ばね受け部６５を介してばね部材Ｓの後側への付勢力に抗して前進することにより、ばね部材Ｓを押圧して圧縮させる。このように、ばね部材Ｓが圧縮されることにより、ばね部材Ｓの外側への付勢力が大きくなって、弁体４０のシール荷重を増加させることができる。

【0034】

また、可動ばね受け部６０を前進させてばね部材Ｓを圧縮させた場合、連結部材７５に対して第１長穴部５４の前部側に間隙５４ｃが形成されていれば、図１０に示すように、さらに連結部材７５を介してばね部材Ｓの後側の付勢力に抗して可動ばね受け部６０を前進させることが可能である。これにより、ばね部材Ｓがさらに圧縮されてその外側への付勢力より大きくなり、弁体４０のシール荷重をさらに増加させることができる。

【0035】

このように、弁体４０の閉鎖状態（閉弁状態）においては、作動軸７０の前進に伴って連結部材７５を介して可動ばね受け部６０を前進させることにより、その前進量に応じてばね部材Ｓを圧縮させて付勢力が増加するように構成される。つまり、弁体４０の閉鎖状態では、可動ばね受け部６０の移動量に対応してばね部材Ｓの付勢力を任意に変更することができる。

【0036】

ここで、従来の電動弁では、前記したように弁座を全閉（閉弁）する場合には、最大使用圧力に応じたばね部材の付勢力により弁体が弁座に押し付けられるように構成されるため、流体圧力が最大使用圧力より低い場合にばね部材の付勢力が過剰となる問題があった。これに対し、本発明の電動弁１０では、図２，６～８に示す可動ばね受け部６０の後退保持時の閉弁状態において作用するばね部材Ｓの付勢力が、最大使用圧力より低い圧力に応じた付勢力となるように設定されている。そして、図３，９，１０に示す可動ばね受け部６０の前進時の閉弁状態において、その移動量に応じて少なくとも最大使用圧力に応じたばね部材Ｓの付勢力まで増加させることができる。したがって、可動ばね受け部６０の移動量を制御することで、ばね部材Ｓの付勢力を電動弁１０内を流通する流体圧力に対応する適切な付勢力に設定可能となり、流体圧力に対してばね部材の付勢力が過剰になる問題を回避することができる。

【0037】

なお、前進（駆動室３０の隔壁部３１から離隔）した可動ばね受け部６０を後退方向へ移動させる場合は、可動ばね受け部６０にばね部材Ｓの後側への付勢力が作用していることにより、連結部材７５と第２長穴部６４の前端部６４ｂとの係着が保持されたまま作動軸７０とともに後退する。

【0038】

弁体４０の後退移動状態は、弁体４０が弁座２３から離隔する方向へ移動している状態である。この後退移動状態において、まず作動軸７０は、電動式駆動機構３５の作動により、連結部材７５とともに駆動室３０方向へ後退される。この時、弁体保持部５１にばね部材Ｓの前側の付勢力が作用していることから、連結部材７５が第１長穴部５４の後端部５４ａに係着しつつ第２長穴部６４を後側へ摺動する。したがって、弁体保持部５１はばね部材Ｓの前側への付勢力に抗して後退され、弁体４０を弁座２３から離隔する方向へ移動させる。

【0039】

このように、本発明の電動弁１０では、可動ばね受け部６０の移動量、すなわち電動式駆動機構３５のモータの回転量によってばね部材Ｓの付勢力を任意に調節することができるため、流体圧力に対してばね部材の付勢力が過剰になることを回避して適切な任意の付勢力を設定することができる。これにより、流体圧力が低い場合でも弁体４０が弁座２３に対して過剰な押し付け状態とならず、弁座２３に着座する際にパーティクルが発生しやすくなる状況を回避することができる。また、弁体４０が過剰に押し付けられないため、弁座２３の変形量も小さくなってパーティクルが発生しにくくなり、さらに流量制御の再現性やフィードバック制御をした際の応答性が向上する。

【0040】

本発明の電動弁１０は、上記のように弁座２３を閉鎖して流体を遮断する開閉弁として機能するが、特に電動式駆動機構３５がマイクロステップ駆動方式でステッピングモータを駆動させた場合には、弁体４０の進退動をより精密に制御して弁座２３の開度を微調整することも可能となる。そこで、電動式駆動機構３５をマイクロステップ駆動方式のステッピングモータとした電動弁１０では、流量調節弁としても機能させることができる。

【0041】

図１１は電動弁１０を利用した流量制御装置８０の回路の概略図であって、電動弁１０の下流側の流路に、緊急時に流路を閉鎖する緊急用開閉弁８５を配置するように構成される。緊急用開閉弁８５は、流量制御装置８０の動力が停止した場合や緊急停止スイッチ（図示せず）が押された場合等に流路の閉鎖を行うように作動する開閉弁である。緊急用開閉弁８５は公知のものが好適に使用される。図において、符号Ｐは流体の供給源であり、公知の供給装置が使用される。また、供給源には必要に応じて調圧装置等が適宜に配置される。

【0042】

図１１（ａ）の流量制御装置８０Ａは、開閉弁として機能する電動弁１０Ａを用いた例であり、公知の流量調節弁８１の下流側の流路に開閉弁である電動弁１０Ａが配置され、さらにその下流側に緊急用開閉弁８５が配置される。この流量制御装置８０Ａでは、電動弁１０Ａにより全閉時にばね部材の付勢力を調節することが可能となって流体圧力に対してばね部材の付勢力が過剰になることを回避して適切な任意の付勢力を設定することができるとともに、緊急用開閉弁８５により緊急時に安全に流路の閉鎖を行うことができる。

【0043】

図１１（ｂ）の流量制御装置８０Ｂは、流量調節弁と開閉弁の双方の機能を兼ねる電動弁１０Ｂを用いた例であり、電動弁１０Ｂの下流側に緊急用開閉弁８５が配置される。この流量制御装置８０Ｂは、流量制御装置８０Ａと同様の効果を奏するとともに、電動弁１０Ｂの他に別途流量調節弁を配置する必要がないため、装置が簡素化することができてコスト低減や装置の小型化を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0044】

以上の通り、本発明の電動弁は、閉弁時に可動ばね受け部を前進させてばね部材を圧縮させてその付勢力を調節することが可能であるため、流体圧力に対してばね部材の付勢力が過剰になることを回避して適切な任意の付勢力を設定することができる。したがって、従来の電動弁の代替品として有望である。

【符号の説明】

【0045】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 電動弁
１１ ハウジング
１５ センサー部
２０ 弁室
２１ 被制御流体の流入部
２２ 被制御流体の流出部
２２ａ オリフィス部
２３ 弁座
２５ 作動室
３０ 駆動室
３１ 駆動室の隔壁部
３５ 電動式駆動機構
３６ 電動式駆動機構のロータ
３７ 電動式駆動機構のシャフト
３８ 電動式駆動機構の配線部
４０ 弁体
４１ 弁部
４２ シール部
４５，４６ ダイアフラム
４７ 通気孔
５０ 弁機構体
５１ 弁体保持部
５２ 弁体取付部
５３ 弁体保持部の連結部
５４ 第１長穴部
５４ａ 第１長穴部の後端部
５４ｂ 第１長穴部の前端部
５４ｃ 第１長穴部の間隙
５５ 前側ばね受け部
６０ 可動ばね受け部
６１ 駆動室の隔壁部との当接部
６３ 可動ばね受け部の連結部
６４ 第２長穴部
６４ａ 第２長穴部の後端部
６４ｂ 第２長穴部の前端部
６４ｃ 第２長穴部の間隙
６５ 後側ばね受け部
７０ 作動軸
７１ 被検知部
７２ 作動軸の先部
７５ 連結部材
８０，８０Ａ，８０Ｂ 流体制御装置
８１ 流量調節弁
８５ 緊急用開閉弁
Ｐ 流体の供給源
Ｓ ばね部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】