特開 2022-191116 流体制御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】P2022191116

(43)【公開日】2022-12-27

(54)【発明の名称】流体制御弁及び流体制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/42 20060101AFI20221220BHJP

【ＦＩ】

F16K1/42 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021116166

(22)【出願日】2021-07-14

(31)【優先権主張番号】P 2021099203

(32)【優先日】2021-06-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000127961

【氏名又は名称】株式会社堀場エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】赤土 和也

【テーマコード（参考）】

3H052

【Ｆターム（参考）】

3H052AA01

3H052BA11

3H052BA35

3H052CA03

3H052CB01

3H052CB20

3H052CD03

3H052DA01

3H052EA16

(57)【要約】

【課題】流体の流れ場の乱れを抑えることで、不測のスパイク挙動を低減する。
【解決手段】上流側流路５１（Ａ）及び下流側流路５１（Ｂ）の間に設けられており、上流側流路５１（Ａ）に接続される第１内部流路４１１と、下流側流路５１（Ｂ）に接続される第２内部流路４１２とを有する弁座部材４と、上流側流路５１（Ａ）から第１内部流路４１１に流入した流体が流れ込み、第１内部流路４１１とは流れ方向とが異なる隙間Ｘを、弁座部材４との間で形成するように配置されたダイアフラム７２１とを備えた流体制御弁３において、第２内部流路４２２が、第１内部流路４２１を形成する内側周面４３に開口しており、弁座部材４が、第１内部流路４１１と隙間Ｘとの合流箇所Ｊに臨む面取り部４６を有するようにした。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上流側流路及び下流側流路の間に設けられており、前記上流側流路に接続される第１内部流路と、前記下流側流路に接続される第２内部流路とを有する弁座部材と、
前記上流側流路から前記第１内部流路に流入した流体が流れ込み、前記第１内部流路とは流れ方向が異なる隙間を、前記弁座部材との間で形成するように配置されたダイアフラムとを備えた流体制御弁において、
前記第２内部流路が、前記第１内部流路を形成する内側周面に開口しており、
前記弁座部材が、前記第１内部流路と前記隙間との合流箇所に臨む面取り部を有する、流体制御弁。

【請求項2】

前記第２内部流路が直線状をなす、請求項１記載の流体制御弁。

【請求項3】

前記面取り部の少なくとも一部が、前記合流箇所に臨む平坦面である、請求項１又は２記載の流体制御弁。

【請求項4】

前記弁座部材が、一端が前記隙間に開口するとともに、他端が前記第２内部流路に開口する第３内部流路をさらに有する、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の流体制御弁。

【請求項5】

前記弁座に対して離接可能な弁体と、
前記第１内部流路を貫通するとともに、アクチュエータの変位を前記弁体に伝達する駆動軸とを備え、
前記第１内部流路を前記駆動軸に沿って流れる流体の流れ方向が、前記隙間を流れる流体の流れ方向とは異なる、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の流体制御弁。

【請求項6】

前記弁座部材が、前記隙間を取り囲む環状凸部を有し、前記環状凸部の１又は複数箇所に切り欠き部が設けられている、請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の流体制御弁。

【請求項7】

上流側流路及び下流側流路の間に設けられており、前記上流側流路に接続される第１内部流路と、前記下流側流路に接続される第２内部流路とを有する弁座部材と、
前記上流側流路から前記第１内部流路に流入した流体が流れ込み、前記第１内部流路とは流れ方向が異なる隙間を、前記弁座部材との間で形成するように配置されたダイアフラムとを備えた流体制御弁において、
前記隙間に流れ込む流体への抵抗を低減する抵抗低減部をさらに備え、
前記抵抗低減部が、前記第１内部流路を形成する内側周面に前記第２内部流路を開口させてなる貫通流路、又は、前記弁座部材に形成されて、前記第１内部流路と前記隙間との合流箇所に臨む面取り部である、流体制御弁。

【請求項8】

請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の流体制御弁を備える流体制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体制御弁及び流体制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の流体制御弁としては、特許文献１に示すように、上流側流路及び下流側流路の間に設けられて、これらの流路を連通する内部流路が形成された弁座部材と、この弁座部材から離間して設けられたダイアフラムとを備え、上流側流路から内部流路に流入した流体が、その流れ方向を変えながら弁座部材とダイアフラムとの隙間に流れ込むように構成されたものがある。

【0003】

かかる構成において、弁座部材とダイアフラムとの隙間は、ダイアフラムの動きに伴い変動するところ、例えば設定流量を大きくすれば隙間は広がり、設定流量を小さくすれば隙間は狭まることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１９０８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願発明者は、上述した流体制御弁を備える流体制御装置の性能評価において、図１３に示すように、設定流量を段階的に変化させてみたところ、とある設定流量に変化させたタイミングで出力（測定流量）がマイナス側に落ち込むスパイク挙動が現れることを確認した。

【0006】

このスパイク挙動の原因を鋭意検討したところ、弁座部材とダイアフラムとの隙間がある広さになると、内部流路の壁面抵抗を受けて、流体の流れ場の乱れに起因した圧力損失が生じているであろうと推測し、これが原因となり、増加していくはずの流量が瞬間的に低減する現象が発生していると考えた。

【0007】

そこで本発明は、これまで着目されていなかったスパイク挙動の原因を、本願発明者が鋭意検討したことによりなされたものであり、上述した流体の流れ場の乱れを抑えることで、不測のスパイク挙動を低減することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、本発明に係る流体制御弁は、上流側流路及び下流側流路の間に設けられており、前記上流側流路に接続される第１内部流路と、前記下流側流路に接続される第２内部流路とを有する弁座部材と、前記上流側流路から前記第１内部流路に流入した流体が流れ込み、前記第１内部流路とは流れ方向が異なる隙間を、前記弁座部材との間で形成するように配置されたダイアフラムとを備えた流体制御弁において、前記隙間が前記ダイアフラムの動きに伴い変動するように構成された流体制御弁において、前記第２内部流路が、前記第１内部流路を形成する内側周面に開口しており、前記弁座部材が、前記第１内部流路と前記隙間との合流箇所に臨む面取り部を有することを特徴とするものである。

【0009】

このような構成であれば、第２内部流路が第１内部流路を形成する内側周面に開口しているので、上流側流路から第１内部流路に流れ込んだ流体が、第２内部流路を経て、下流側流路に流れ出る。その結果、第１内部流路を形成する内側周面に第２内部流路を開口させていない構成に比べると、弁座部材とダイアフラムとの隙間に流れ込む流体の流量を抑えることができる。
しかも、弁座部材が、第１内部流路と隙間との合流箇所に臨む面取り部を有するので、上述した隙間に流体が流れ込みやすくなる。
これらの理由により、隙間に流れ込む流体への抵抗を低減することができ、流体の流れ場の乱れを抑えることができ、その結果、隙間を段階的に変化させた場合に生じ得る不測のスパイク挙動を低減させることができる。
なお、この作用効果を示す具体的な解析データについては、後述する。

【0010】

前記第２内部流路が直線状をなすことが好ましい。
これならば、第１内部流路から第２内部流路に流れ込んだ流体がスムーズに下流側流路に流れ出るので、隙間に流れ込む流体の流量をより確実に抑えることができる。
また、第２内部流路の加工も簡単である。

【0011】

面取り部の加工性を担保するためには、前記面取り部の少なくとも一部が、前記合流箇所に臨む平坦面であることが好ましい。

【0012】

スパイク挙動のより確実な低減を図るためには、前記弁座部材が、一端が前記隙間に開口するとともに、他端が前記第２内部流路に開口する第３内部流路をさらに有することが好ましい。

【0013】

より具体的な実施態様としては、前記弁座に対して離接可能な弁体と、前記第１内部流路を貫通するとともに、アクチュエータの変位を前記弁体に伝達する駆動軸とを備え、前記第１内部流路を前記駆動軸に沿って流れる流体の流れ方向が、前記隙間を流れる流体の流れ方向とは異なる態様を挙げることができる。

【0014】

前記弁座部材が、前記隙間を取り囲む環状凸部を有し、前記環状凸部の１又は複数箇所に切り欠き部が設けられていることが好ましい。
このような構成であれば、隙間に流れ込む流体が、第２内部流路のみならず、切り欠き部を介して隙間から流れ出ていくので、流体の流れ場の乱れをより確実に抑えることができ、不測のスパイク挙動を低減させることができる。

【0015】

また、本発明に係る流体制御弁は、上流側流路及び下流側流路の間に設けられており、前記上流側流路に接続される第１内部流路と、前記下流側流路に接続される第２内部流路とを有する弁座部材と、前記上流側流路から前記第１内部流路に流入した流体が流れ込み、前記第１内部流路とは流れ方向が異なる隙間を、前記弁座部材との間で形成するように配置されたダイアフラムとを備えた流体制御弁において、前記隙間に流れ込む流体への抵抗を低減する抵抗低減部をさらに備え、前記抵抗低減部が、前記第１内部流路を形成する内側周面に前記第２内部流路を開口させてなる貫通流路、又は、前記弁座部材に形成されて、前記第１内部流路と前記隙間との合流箇所に臨む面取り部であることを特徴とするものである。
このように構成された流体制御弁であれば、弁座部材とダイアフラムとの隙間に流れ込む流体への抵抗を低減する抵抗低減部を備えているので、この隙間を流体が流れやすくなり、流体の流れ場の乱れを防ぐことができる。
これにより、上述した隙間を段階的に変化させた場合に生じ得る不測のスパイク挙動を抑制することができる。

【0016】

さらに、本発明に係る流体制御装置は、上述した流体制御弁を備えることを特徴とするものである。
このような流体制御装置であれば、上述した流体制御弁と同様の作用効果を奏し得る。

【発明の効果】

【0017】

このように構成した本発明によれば、ダイアフラムの動きに伴って変動する隙間に流体が流れ込むように構成された流体制御弁において、流体の流れ場の乱れを抑えることができ、不測のスパイク挙動を低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態における流体制御装置の全体縦断面図。

【図2】同実施形態における流体制御弁の縦断面図。

【図3】同実施形態における弁座部材の内部構成を示す拡大断面図。

【図4】比較対象の構成における流体制御弁の縦断面図。

【図5】比較対象の構成の性能を評価した評価結果を示すグラフ。

【図6】同実施形態の流体制御弁の性能を評価した評価結果を示すグラフ。

【図7】その他の実施形態における流体制御弁の縦断面図。

【図8】その他の実施形態における流体制御弁の縦断面図。

【図9】その他の実施形態における流体制御弁の斜視図。

【図10】その他の実施形態における流体制御弁の斜視図。

【図11】その他の実施形態における流体制御弁を評価した評価結果を示すグラフ。

【図12】その他の実施形態における流体制御装置の構成を示す図。

【図13】従来構成におけるスパイク挙動を説明するグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本発明に係る流体制御弁を組み込んだ流体制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0020】

本実施形態の流体制御装置１００は、図１に示すように、例えば半導体製造装置に用いられるマスフローコントローラであって、半導体プロセス用のガス等の流体が流れる流路５１を形成したボディ５と、このボディ５の流路５１を流れる流体の流量をセンシングする流量検知機構２と、流路５１を流れる流体の流量を制御する流体制御弁３と、流量検知機構２の出力する測定流量を予め定めた設定流量に近づけるべく流体制御弁３の弁開度を制御する制御部Ｃとを具備する。以下に各部を詳述する。

【0021】

ボディ５は、前述した流路５１が貫通するブロック状をなすものであり、当該流路５１の上流端に外部流入配管（図示しない）が接続されるとともに、下流端に外部流出配管（図示しない）が接続される。

【0022】

流量検知機構２としては、熱式、差圧式、コリオリ式や超音波式など種々考えられるが、ここでは、いわゆる熱式流量検知機構を採用している。この熱式の流量検知機構２は、流路５１を流れる流体のうちの所定割合の流体が導かれるように当該流路５１と並列接続した細管２１と、この細管２１に設けたヒータ２４及びその前後に設けた一対の温度センサ２２、２３とを具備したものである。そして、細管２１に流体が流れると、二つの温度センサ２２、２３の間にその質量流量に対応した温度差が生じることから、この温度差に基づいて流量を測定するように構成してある。

【0023】

この実施形態では、細管２１、ヒータ２４、温度センサ２２、２３及びその周辺の電気回路を収容する長尺状の筐体２５を設ける一方、ボディ５の流路５１から一対の分岐流路２ａ、２ｂを分岐させ、この筐体２５をボディ５に取り付けることによって、細管２１の導入口が上流側の分岐流路２ａに接続され、該細管２１の導出口が下流側の分岐流路２ｂに接続されるように構成してある。なお、流量センサはこの方式に限定されるものではない。

【0024】

流体制御弁３は、流路５１上に設けられたノーマルクローズタイプのもので、ボディ５内に収容された弁座部材４及び弁体６と、弁体６を駆動して弁開度、すなわち弁座部材４と弁体６との離間距離を設定する駆動機構たるアクチュエータ７とを備えたものである。

【0025】

弁座部材４は、弁座となるものであり、図２に示すように、その下面に弁体６側に突出した弁座面４ａを有する金属製（ここでは、ステンレス鋼を素材として用いているが、その他ハステロイ等の高耐熱耐食合金を用いてもよい。）のものであり、その内部には内部流路４１が形成されている。なお、この弁座部材４の素材として、ハステロイ等の高耐熱耐食合金を用いてもよい。

【0026】

この弁座部材４は、ボディ５に設けた円柱状の収容凹部５２に収容されている。この収容凹部５２は、ボディ５の流路５１を分断するように配置してあり、この収容凹部５２によって分断された流路５１のうち、上流側の流路（以下、上流側流路とも言う）５１（Ａ）が、例えば収容凹部５２の底面中央部に開口し、この収容凹部５２より下流側の流路（以下、下流側流路とも言う）５１（Ｂ）が、例えばこの収容凹部５２の側面又は底面に開口する。

【0027】

そして、弁座部材４を収容凹部５２に収容した状態では、当該弁座部材４の外側周面と収容凹部５２の内側周面との間に隙間が形成され、この隙間を介してボディ５の下流側流路５１（Ｂ）が内部流路４１に連通することとなる。

【0028】

本実施形態の流体制御弁３は、この弁座部材４の内部流路４１やその周辺構造に特徴があるので、より詳細な構成は後述する。

【0029】

弁体６は、図２に示すように、ボディ５の収容凹部５２において弁座部材４に対向配置されるとともに、その表面（上面）に弁座部材４の弁座面４ａに着座する着座面６ａを有するものである。

【0030】

この弁体６は、アクチュエータ７により駆動されて、弁座部材４に接触して上流側流路５１（Ａ）及び下流側流路５１（Ｂ）を遮断する閉状態から、弁座部材４から離間して上流側流路５１（Ａ）及び下流側流路５１（Ｂ）を連通させる開状態に移動する。このように閉状態から開状態に向かう方向、つまり、弁体６に対するアクチュエータ７の駆動力の作用方向が開弁方向である。一方、開状態から閉状態に向かう方向、つまり、弁体６に対するアクチュエータ７の駆動力の作用方向とは反対方向が閉弁方向である。

【0031】

アクチュエータ７は、図１に示すように、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７１と、当該ピエゾスタック７１の伸長により変位する作動体７２とを備えたものである。

【0032】

このピエゾスタック７１は、ケーシング部材７４内に収容されており、その先端部が作動体７２の基端部に例えば別体又は一体的に設けられた突起部７３に接続してある。

【0033】

本実施形態の作動体７２は、ダイアフラム７２１と、当該ダイアフラム７２１の中心に設けられて、弁座部材４の中心を貫通して弁体６の上面に当接する駆動軸７２２とを有する。そして、所定の全開電圧が印加されるとピエゾスタック７１が伸長し、作動体７２が弁体６を開弁方向に付勢して、弁座面４ａが着座面６ａから離間して開状態となる。また、全開電圧を下回る電圧であれば、その電圧値に応じた距離だけ弁座面４ａと着座面６ａとが離間する。そして、この隙間を通じて上流側流路５１（Ａ）と下流側流路５１（Ｂ）とが連通する。

【0034】

また、弁体６には、図２に示すように、当該弁体６を閉弁方向に付勢する弁体戻しばね８が接触して設けられている。この弁体戻しばね８により、アクチュエータ７に電圧を印加しないノーマル状態においては、弁体６が閉状態となる。なお、弁体戻しばね８は、環状をなすものであり、例えば板ばね等の弾性体である。ここでの弁体戻しばね８は、ボディ５の収容凹部５２内に収容されたばねガイド部材１０に支持されているが、このばねガイド部材１０は必ずしも設けてある必要はない。

【0035】

続いて、上述した弁座部材４の詳細な構成について説明する。

【0036】

弁座部材４は、図２に示すように、上流側流路５１（Ａ）及び下流側流路５１（Ｂ）の間に介在しており、上流側流路５１（Ａ）に接続される第１内部流路４１１と、下流側流路５１（Ｂ）に接続される第２内部流路４１２とを少なくとも内部流路４１の一部として有している。

【0037】

第１内部流路４１１は、一端が弁座面４ａに開口するとともに、他端が弁座部材４の上面４２に開口している。この第１内部流路４１１は、アクチュエータ７の変位を弁体６に伝達する駆動軸７２２が挿入されている。すなわち、第１内部流路４１１は、駆動軸７２２に沿った（弁体６の閉弁方向に沿った）の流体の流れを形成するものである。

【0038】

第２内部流路４１２は、一端が第１内部流路４１１を形成する内側周面４３に開口するとともに、他端が弁座部材４の外側周面４４に開口している。すなわち、この第２内部流路４１２は、弁座部材４の外側周面４４から第１内部流路４１１に亘り弁座部材４を貫通させてなる貫通流路Ｌであり、直線状をなす。ここでの第２内部流路４１２は、第１内部流路４１１と直交する。言い換えれば、この第２内部流路４１２は、第１内部流路４１１とは直交する流体の流れを形成するものである。なお、第２内部流路４１２としては、第１内部流路４１１と直交する方向に対して傾いて形成されていても良い。

【0039】

本実施形態の弁座部材４は、図３に示すように、内部流路４１として、一端が弁座部材４の上面４２に開口するとともに、他端が第２内部流路４１２を形成する内側周面４５に開口する第３内部流路４１３をさらに有する。

【0040】

より具体的に説明すると、弁座部材４の上面４２には凹部が形成されており、この凹部が上述したダイアフラム７２１により塞がれている。これにより、弁座部材４とダイアフラム７２１との間には隙間Ｘが生じており、この隙間Ｘに第３内部流路４１３が開口している。すなわち、第１内部流路４１１と第３内部流路４１３は、隙間Ｘを介して連通している。

【0041】

この隙間Ｘは、ダイアフラム７２１の動きに伴い変動する空間である。具体的には、ダイアフラム７２１の動きに伴い弁座部材４とダイアフラム７２１との離間距離が変動するので、これに伴って隙間Ｘの狭さ（幅）が変動する。この隙間Ｘは、ダイアフラム７２１に沿って形成されており、上述した駆動軸７２２から径方向外側に拡がる空間である。

【0042】

そして、この隙間Ｘに第１内部流路が合流している。より具体的には、上述したように第１内部流路４１１が弁座部材４の上面４２に開口していることから、第１内部流路４１１と隙間Ｘとの合流箇所Ｊは、この上面４２に形成された開口となる（図３参照）。

【0043】

かかる構成により、上述した上流側流路５１（Ａ）から第１内部流路４１１に流入した流体は、流れ方向を変えながらこの隙間Ｘに流れ込むことになる。すなわち、第１内部流路４１１を駆動軸７２２に沿って流れる流体の流れ方向と、隙間Ｘを流れる流体の流れ方向とは互いに異なり、具体的にはこれらの流れ方向は互いに略直交する。

【0044】

このように、第１内部流路４１１と隙間Ｘとの間には、流体の流れ方向が変わる曲がり箇所Ｚが介在する。もちろん、曲がり箇所Ｚと第１内部流路４１１との境界や、曲がり箇所Ｚと隙間Ｘとの境界は明確に表現できるものではないが、少なくともダイアフラム７２１と駆動軸７２２との接合部Ｙに臨む領域（図３において網掛けされている領域）が曲がり箇所Ｚとなる。

【0045】

ここで、本実施形態の弁座部材４は、図３に示すように、上述した合流箇所Ｊに臨む面取り部４６を有している。

【0046】

この面取り部４６は、弁座部材４の上面４２と内側周面４３とにより形成される角部を面取り加工することにより形成されており、これにより上面４２及び内側周面４３が面取り部４６を介して連続的に形成されている。つまり、面取り部４６は、上面４２の内縁４２１と内側周面４３の上端４３１との間に形成された面であり、上述した曲がり箇所Ｚに臨むように形成されている。

【0047】

面取り部４６の少なくとも一部は、合流箇所Ｊに臨む位置に形成された平坦面であり、ダイアフラム７２１と駆動軸７２２との接合部Ｙに対面する切頭円錐形状をなす面である。

【0048】

このように構成された弁座部材４において、上述した第２内部流路４１２が、下流側流路５１（Ｂ）から第１内部流路４１１まで貫通する貫通流路Ｌとして形成されているので、第１内部流路４１１を流れる流体の一部が第２内部流路４１２に流入することになる。

【0049】

これにより、第２内部流路４１２を第１内部流路４１１まで貫通させていない構成に比べると、弁座部材４とダイアフラム７２１との隙間Ｘに流れ込む流体の流量を抑えることができる。

【0050】

すなわち、第２内部流路４１２は、隙間Ｘに流れ込む流体への抵抗を低減する抵抗低減部Ｐとしての機能を発揮する。

【0051】

さらに、本実施形態の弁座部材４は、流体の流れ方向が変わる曲がり箇所Ｚに臨む面取り部４６を有するので、隙間Ｘに流体が流れ込みやすくなる。
すなわち、この面取り部４６に関しても、隙間Ｘに流れ込む流体に対する抵抗を低減する抵抗低減部Ｐとしての機能を発揮する。

【0052】

ここで、流体制御装置１００の性能を評価するべく、設定流量を段階的に変化させた際の出力（測定流量）の挙動を確認した結果について述べる。

【0053】

まず、本実施形態の流体制御装置１００の評価結果を説明する前に、比較対象として、図４に示す構成を用いた場合の結果について述べる。なお、図４に示す構成は、本実施形態の流体制御装置１００と比較すると、第２内部流路４１２が第１内部流路４１１まで貫通しておらず、且つ、面取り部４６が形成されていない点において相違する。

【0054】

この比較対象となる構成においてバルブ電圧（設定流量）を段階的に変化させると、図５に示すように、ある設定流量に変化させたタイミングで出力（測定流量）がマイナス側に落ち込むスパイク挙動が現れていることが見て取れる。

【0055】

そして、このスパイク挙動が生じているタイミング（図５におけるｂのタイミング）では、同図５に示すシミュレーション結果から分かるように、流体の流れ場に乱れが生じており、この乱れに起因した圧力損失が生じているであろうことがスパイク挙動の原因であると推測される。

【0056】

これに対して、本実施形態の流体制御装置１００においてバルブ電圧（設定流量）を段階的に変化させた際の出力（測定流量）の挙動を図６に示す。この図６から分かるように、本実施形態の流体制御装置１００においては、上述した不測のスパイク挙動は起こっていないことが分かる。
この要因の一つが、同図６にシミュレーション結果から分かるように、流体の流れ場の乱れが抑制されていることにあると推測される。なお、このシミュレーション結果において、白い線で示される流体の方が黒い線で示される流体よりも圧力が低いことを示している。

【0057】

このように本実施形態の流体制御装置１００によれば、第２内部流路４１２及び面取り部４６が、弁座部材４とダイアフラム７２１との隙間Ｘに流れ込む流体への抵抗を低減する抵抗低減部Ｐとしての機能を発揮するので、流体が隙間Ｘに流れ込みやすくなり、流体の流れ場の乱れを抑えることができる。
その結果、隙間Ｘを段階的に変化させた場合に生じ得る不測のスパイク挙動を低減させることができる。

【0058】

なお、本発明は前記実施形態に限られない。

【0059】

例えば、前記実施形態の弁座部材４は、第２内部流路４１２と隙間Ｘとを連通する第３内部流路４１３を有していたが、図７に示すように、弁座部材４としては、第３内部流路４１３が形成されていないものであっても良い。かかる構成においては、隙間Ｘにおける合流箇所Ｊとは反対側の先端部は閉じられていることになる。ただし、前記実施形態の第３内部流路４１３とは別に、隙間Ｘと下流側流路５１（Ｂ）とを接続する流路が、弁座部材４等に形成されていても良い。

【0060】

このような構成であっても、仮に面取り部４６が形成されていないと、設定流量を段階的に変化させた際の不測のスパイク挙動が現れるところ、図７に示す構成であれば、面取り部４６が、隙間Ｘに流れ込む流体への抵抗を低減する抵抗低減部Ｐとしての機能を発揮するので、前記実施形態と同様、流体の流れ場の乱れを抑えることができ、不測のスパイク挙動を低減させることができる。

【0061】

また、面取り部４６は、前記実施形態では平坦面であったが、例えば曲がり箇所Ｚに向かうように或いは曲がり箇所Ｚから離れるよう湾曲した湾曲面であっても良い。

【0062】

さらに、第２内部流路４１２は、前記実施形態では直線状であったが、下流側流路５１（Ｂ）と第１内部流路４１１とを接続するものであれば、例えば流路方向が１又は複数回変わるような折れ曲がった形状等であっても良い。

【0063】

加えて、前記実施形態では、第２内部流路４１２を第１内部流路４１１に貫通させてなる貫通流路Ｌと、面取り部４６との双方が抵抗低減部Ｐとして形成されている態様を説明したが、貫通流路Ｌ又は面取り部４６の一方が抵抗低減部Ｐとしての機能を十分に発揮する場合は、他方は必ずしも形成されている必要はない。
すなわち、弁座部材４としては、第１内部流路４１１を形成する内側周面４３に第２内部流路４１２を開口させてなる貫通流路Ｌ、又は、流体の流れ方向が変わる曲がり箇所Ｚに臨む面取り部４６の少なくとも一方が抵抗低減部Ｐとして形成されていれば良い。

【0064】

また、弁座部材４としては、図８及び図９に示すように、隙間Ｘを囲う環状凸部４７を切り欠いた切り欠き部４８が設けられていても良い。この切り欠き部４８は、隙間Ｘの一部を構成しており、具体的には環状凸部４７の１又は複数箇所に例えば等間隔で設けられていても良い。この構成により、隙間Ｘの一部は、その先端部が弁座部材４の外側周面まで延びていることになる。

【0065】

また、このように弁座部材４に切り欠き部４８を設ける構成においては、図１０に示すように、第３内部流路４１３は必ずしも形成されている必要はない。
この構成によれば、図１１上段に示すように、不測のスパイク挙動を低減させることができる。
そして、同図１１下段のシミュレーション結果に示すように、隙間Ｘに流れ込む流体が、第２内部流路４１２のみならず、切り欠き部４８を介して隙間Ｘから流れ出ていくので、流体の流れ場の乱れを抑制できていることが分かる。なお、このシミュレーション結果において、白い線で示される流体の方が黒い線で示される流体よりも圧力が低いことを示している。

【0066】

また、前記実施形態の流体制御装置１００は、流量検知機構２として熱式のものを用いていたが、前記実施形態でも述べた通り、差圧式の流量検知機構２を用いても構わない。

【0067】

すなわち、流体制御装置１００としては、図１２に示すように、流体が流れる流路５１に設けられた流量検知機構２と、この流量検知機構２よりも上流側に設けられた流体制御弁３と、流量検知機構２による測定流量が予め定めた目標流量になるように流体制御弁３を制御する制御部Ｃとから構成されたマスフローコントローラであっても良い。
そして、この流量検知機構２は、流路５１上に設けた抵抗流路Ｒと、該抵抗流路Ｒの上流側及び下流側における流路５１内の流体圧力を計測する一対の圧力センサＰ１、Ｐ２とからなるものである。そして、圧力センサＰ１、Ｐ２による圧力計測値と抵抗流路Ｒの抵抗値とに基づいて、流路５１を流れる流体の流量を測定可能に構成してある。

【0068】

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形や実施形態の組合せが可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0069】

１００・・・流体制御装置
２ ・・・流量検知機構
３ ・・・流体制御弁
４ ・・・弁座部材
５ ・・・ボディ
６ ・・・弁体
７ ・・・アクチュエータ
７２１・・・ダイアフラム
４ａ ・・・弁座面
４１ ・・・内部流路
４１１・・・第１内部流路
４１２・・・第２内部流路
４１３・・・第３内部流路
４６ ・・・面取り部
Ｐ ・・・抵抗低減部
Ｘ ・・・隙間
Ｚ ・・・曲がり箇所
Ｌ ・・・貫通流路

【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】