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(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】P2024166636
(43)【公開日】2024-11-29
(54)【発明の名称】オリフィス内蔵バルブおよび流量制御装置
(51)【国際特許分類】
F16K 47/08 20060101AFI20241122BHJP
F16K 7/17 20060101ALI20241122BHJP
【ＦＩ】
F16K47/08
F16K7/17 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023082852
(22)【出願日】2023-05-19
(71)【出願人】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(74)【代理人】
【識別番号】110002893
【氏名又は名称】弁理士法人ＫＥＮ知財総合事務所
(72)【発明者】
【氏名】執行 耕平
(72)【発明者】
【氏名】中田 知宏
【テーマコード（参考）】
3H066
【Ｆターム（参考）】
3H066AA01
3H066BA38
3H066EA13
(57)【要約】
【課題】メンテナンス性及びシール性が向上したオリフィス内蔵バルブを提供する。
【解決手段】バルブ要素が内蔵され一次側流路１１と二次側流路１２とが接続された収容凹部１３を画定するボディ１０を有し、バルブ要素は、下段一次側貫通孔及び下段二次側貫通孔を有する略円板状のガスケット１５と、ガスケットの上に配置され、中段一次側貫通孔を有するオリフィスベース２０と、オリフィスベースの上に配置されたオリフィスプレート３０と、 オリフィスプレートの上に配置され、上段一次側貫通孔及び上段二次側貫通孔を有するインナー部材４０と、インナー部材の上段一次側貫通孔の開口部周囲に設けられたバルブシート５０と、収容凹部１３の内周面に螺合して上記各要素を固定する固定リング６０と、バルブシートに当接・離間して一次側貫通孔と二次側貫通孔の間を遮断・連通するダイヤフラム７０と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】バルブ要素が内蔵され一次側流路１１と二次側流路１２とが接続された収容凹部１３を画定するボディ１０を有し、バルブ要素は、下段一次側貫通孔及び下段二次側貫通孔を有する略円板状のガスケット１５と、ガスケットの上に配置され、中段一次側貫通孔を有するオリフィスベース２０と、オリフィスベースの上に配置されたオリフィスプレート３０と、 オリフィスプレートの上に配置され、上段一次側貫通孔及び上段二次側貫通孔を有するインナー部材４０と、インナー部材の上段一次側貫通孔の開口部周囲に設けられたバルブシート５０と、収容凹部１３の内周面に螺合して上記各要素を固定する固定リング６０と、バルブシートに当接・離間して一次側貫通孔と二次側貫通孔の間を遮断・連通するダイヤフラム７０と、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一次側流路と二次側流路と、上面に開口してバルブ要素が内蔵されかつ前記一次側流路及び前記二次側流路が底面に開口する収容凹部と、を画定するボディを有し、
前記バルブ要素は、
軟質の材料で形成されて前記収容凹部の底部に配置され、前記一次側流路に連通する下段一次側貫通孔及び前記二次側流路に連通する下段二次側貫通孔を有する略円板状のガスケットと、
前記ガスケットの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通する中段一次側貫通孔を有するオリフィスベースと、
前記オリフィスベースの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通するオリフィスが形成されたオリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートの上に配置され、前記オリフィスに連通して上面に開口する上段一次側貫通孔及び前記下段二次側貫通孔に連通して上面に開口する上段二次側貫通孔を有するインナー部材と、
前記インナー部材の上面にて前記上段一次側貫通孔の開口部周囲に設けられたバルブシートと、
前記収容凹部の内周面に形成されたネジ部に螺合して前記インナー部材を前記底部に向けて押圧することにより、当該インナー部材及び前記オリフィスプレート及び前記オリフィスベース及び前記ガスケットを前記ボディに対して固定する固定リングと、
前記インナー部材の上に配置され、前記バルブシートから離間または当接して、前記上段一次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との間を連通または遮断するダイヤフラムと、を含むオリフィス内蔵バルブ。
前記バルブ要素は、
軟質の材料で形成されて前記収容凹部の底部に配置され、前記一次側流路に連通する下段一次側貫通孔及び前記二次側流路に連通する下段二次側貫通孔を有する略円板状のガスケットと、
前記ガスケットの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通する中段一次側貫通孔を有するオリフィスベースと、
前記オリフィスベースの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通するオリフィスが形成されたオリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートの上に配置され、前記オリフィスに連通して上面に開口する上段一次側貫通孔及び前記下段二次側貫通孔に連通して上面に開口する上段二次側貫通孔を有するインナー部材と、
前記インナー部材の上面にて前記上段一次側貫通孔の開口部周囲に設けられたバルブシートと、
前記収容凹部の内周面に形成されたネジ部に螺合して前記インナー部材を前記底部に向けて押圧することにより、当該インナー部材及び前記オリフィスプレート及び前記オリフィスベース及び前記ガスケットを前記ボディに対して固定する固定リングと、
前記インナー部材の上に配置され、前記バルブシートから離間または当接して、前記上段一次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との間を連通または遮断するダイヤフラムと、を含むオリフィス内蔵バルブ。
【請求項2】
前記ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押えを駆動して、前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間を開閉させるアクチュエータをさらに有し、
前記ダイヤフラムは、前記ネジ部と共通のネジ部に螺合する前記アクチュエータのケーシングにより前記インナー部材に向けて押圧されて当該インナー部材に固定されている、請求項１に記載のオリフィス内蔵バルブ。
前記ダイヤフラムは、前記ネジ部と共通のネジ部に螺合する前記アクチュエータのケーシングにより前記インナー部材に向けて押圧されて当該インナー部材に固定されている、請求項１に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項3】
前記収容凹部の底面には、前記一次側流路の開口部及び前記二次側流路の開口部のうち前記一次側流路の開口部のみを包囲する第１の環状突起部及び当該第１の環状突起部を包囲するとともに前記二次側流路の開口部を包囲する第２の環状突起部が形成され、
前記オリフィスベースの下面には、全周が前記第１の環状突起部に対向し前記中段一次側貫通孔の開口部を包囲する第３の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の下面には、全周が前記第２の環状突起部に対向し前記上段二次側貫通孔の開口部を包囲する第４の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の前記第４の環状突起部の外周側には、環状下端面が形成され、
前記固定リングにより前記インナー部材を前記環状下端面が前記収容凹部に形成された段差面に当接するまで押圧すると、前記第１の環状突起部及び前記第２の環状突起部が前記ガスケットの下面に所定量が食い込むともに、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部が前記ガスケットの上面に所定量が食い込んで、前記一次側流路及び前記下段一次側貫通孔と前記中段一次側貫通孔との接続部及び、前記二次側流路及び前記下段二次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との接続部がシールされるように構成された、請求項１に記載のオリフィス内蔵バルブ。
前記オリフィスベースの下面には、全周が前記第１の環状突起部に対向し前記中段一次側貫通孔の開口部を包囲する第３の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の下面には、全周が前記第２の環状突起部に対向し前記上段二次側貫通孔の開口部を包囲する第４の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の前記第４の環状突起部の外周側には、環状下端面が形成され、
前記固定リングにより前記インナー部材を前記環状下端面が前記収容凹部に形成された段差面に当接するまで押圧すると、前記第１の環状突起部及び前記第２の環状突起部が前記ガスケットの下面に所定量が食い込むともに、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部が前記ガスケットの上面に所定量が食い込んで、前記一次側流路及び前記下段一次側貫通孔と前記中段一次側貫通孔との接続部及び、前記二次側流路及び前記下段二次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との接続部がシールされるように構成された、請求項１に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項4】
前記オリフィスベースと前記インナー部材は、同じ硬度を有する部材で形成された、請求項３に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項5】
前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部は、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部の前記頂部の曲率半径が等しい、請求項４に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項6】
前記オリフィスベースは、上面側に前記オリフィスプレートの外周部下面が配置される環状の支持面を有し、当該環状の支持面及び前記第３の環状突起部及び前記第１の環状突起部のそれぞれの幅方向中心円は、上面視で一致するように形成された、請求項３に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項7】
前記バルブシートは、樹脂からなり、前記インナー部材に対してカシメにより固定されている、請求項１に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項8】
前記インナー部材は、外周面の一部が前記収容凹部の内周面に嵌合して位置決めされ、前記オリフィスベースは、外周面の一部が前記インナー部材の内周面に嵌合して位置決めされている、請求項１に記載のオリフィス内蔵バルブ。
【請求項9】
請求項１ないし８のいずれかに記載のオリフィス内蔵バルブを備える、流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オリフィス内蔵バルブおよびこのオリフィス内蔵バルブを流量制御バルブとして用いた流量制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造プロセスにおいては、特に、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｔｈｃｈｉｎｇ）等の微細プロセスにおいては、処理チャンバに短時間で正確に計量した処理ガスを供給するために、圧力式流量制御装置及びその構成要素としてのオリフィス内蔵バルブが用いられている。このようなオリフィス内蔵バルブでは、オリフィスプレートを、ボディ（又は、ボディに載せたホルダ）と弁座体との間に挟み、上からインナーディスク、ダイヤフラム等を載せて、アクチュエータハウジングをボディに螺合して押圧することにより一括して固定していた（例えば、特許文献１の図１，図４等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４１３７２６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のようなオリフィス内蔵バルブでは、アクチュエータハウジングの螺合を緩めると全ての構成要素が緩むので、メンテナンス性の点で改善の余地があった。例えば、アクチュエータやダイヤフラムのメンテナンスのためにアクチュエータハウジングの螺合を緩めると、その下側にあるオリフィスプレートを保持する構成要素の間のシール性に影響を与える懸念があった。
また、上記構成では、アクチュエータハウジングの締め付け力を各要素に伝搬させて、要素間の各シール箇所をシールしているが、シール箇所によって必要な締め付け力（軸力）が異なると、必要とする最大の締め付け力を各所に加える必要がある。例えば、収容凹部底部における一次側と二次側との間のシール部及び二次側と外部との間のシール部では、大きな円周状接触部の全域に所定の面圧を加えてシールするため、大きな軸力を必要とするが、この軸力は、それほどシールのための軸力を要しないオリフィス保持部にも加わる。このため、シール箇所によっては過大な締め付け力（軸力）が加わり、部材の変形や破損を生ずる懸念があった。
また、上記構成では、アクチュエータハウジングの締め付け力を各要素に伝搬させて、要素間の各シール箇所をシールしているが、シール箇所によって必要な締め付け力（軸力）が異なると、必要とする最大の締め付け力を各所に加える必要がある。例えば、収容凹部底部における一次側と二次側との間のシール部及び二次側と外部との間のシール部では、大きな円周状接触部の全域に所定の面圧を加えてシールするため、大きな軸力を必要とするが、この軸力は、それほどシールのための軸力を要しないオリフィス保持部にも加わる。このため、シール箇所によっては過大な締め付け力（軸力）が加わり、部材の変形や破損を生ずる懸念があった。
【0005】
本発明の目的の一つは、上記問題を解決し、メンテナンス性およびシール性が向上し、かつ締め付け力による部材の変形や破損のリスクを低減できるオリフィス内蔵バルブ及びこのオリフィス内蔵バルブを用いた流量制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明のオリフィス内蔵バルブは、
一次側流路と二次側流路と、上面に開口してバルブ要素が内蔵されかつ前記一次側流路及び前記二次側流路が底面に開口する収容凹部と、を画定するボディを有し、
前記バルブ要素は、
軟質の材料で形成されて前記収容凹部の底部に配置され、前記一次側流路に連通する下段一次側貫通孔及び前記二次側流路に連通する下段二次側貫通孔を有する略円板状のガスケットと、
前記ガスケットの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通する中段一次側貫通孔を有するオリフィスベースと、
前記オリフィスベースの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通するオリフィスが形成されたオリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートの上に配置され、前記オリフィスに連通して上面に開口する上段一次側貫通孔及び前記下段二次側貫通孔に連通して上面に開口する上段二次側貫通孔を有するインナー部材と、
前記インナー部材の上面にて前記上段一次側貫通孔の開口部周囲に設けられたバルブシートと、
前記収容凹部の内周面に形成されたネジ部に螺合して前記インナー部材を前記底部に向けて押圧することにより、当該インナー部材及び前記オリフィスプレート及び前記オリフィスベース及び前記ガスケットを前記ボディに対して固定する固定リングと、
前記インナー部材の上に配置され、前記バルブシートから離間または当接して、前記上段一次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との間を連通または遮断するダイヤフラムと、を含む。
この構成により、収容凹部の内周ネジ部に螺合してインナー部材及びオリフィスプレート及び前記オリフィスベースを固定する固定リングを用いたので、アクチュエータやダイヤフラムのメンテナンスのためにアクチュエータハウジングの螺合を緩めても、オリフィスプレートを保持する構成要素の間のシール性に影響を与えることがなく、メンテナンス性およびシール性の向上が可能となる。
また、収容凹部の底部に軟質の部材からなるガスケットを配置したので、比較的小さい締め付け力（軸力）で、一次側の各流路と二次側の各流路と外部との間のシールを行うことができ、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減できる。
一次側流路と二次側流路と、上面に開口してバルブ要素が内蔵されかつ前記一次側流路及び前記二次側流路が底面に開口する収容凹部と、を画定するボディを有し、
前記バルブ要素は、
軟質の材料で形成されて前記収容凹部の底部に配置され、前記一次側流路に連通する下段一次側貫通孔及び前記二次側流路に連通する下段二次側貫通孔を有する略円板状のガスケットと、
前記ガスケットの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通する中段一次側貫通孔を有するオリフィスベースと、
前記オリフィスベースの上に配置され、前記下段一次側貫通孔に連通するオリフィスが形成されたオリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートの上に配置され、前記オリフィスに連通して上面に開口する上段一次側貫通孔及び前記下段二次側貫通孔に連通して上面に開口する上段二次側貫通孔を有するインナー部材と、
前記インナー部材の上面にて前記上段一次側貫通孔の開口部周囲に設けられたバルブシートと、
前記収容凹部の内周面に形成されたネジ部に螺合して前記インナー部材を前記底部に向けて押圧することにより、当該インナー部材及び前記オリフィスプレート及び前記オリフィスベース及び前記ガスケットを前記ボディに対して固定する固定リングと、
前記インナー部材の上に配置され、前記バルブシートから離間または当接して、前記上段一次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との間を連通または遮断するダイヤフラムと、を含む。
この構成により、収容凹部の内周ネジ部に螺合してインナー部材及びオリフィスプレート及び前記オリフィスベースを固定する固定リングを用いたので、アクチュエータやダイヤフラムのメンテナンスのためにアクチュエータハウジングの螺合を緩めても、オリフィスプレートを保持する構成要素の間のシール性に影響を与えることがなく、メンテナンス性およびシール性の向上が可能となる。
また、収容凹部の底部に軟質の部材からなるガスケットを配置したので、比較的小さい締め付け力（軸力）で、一次側の各流路と二次側の各流路と外部との間のシールを行うことができ、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減できる。
【0007】
上記オリフィス内蔵バルブは、前記ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押えを駆動して、前記ダイヤフラムと前記バルブシートとの間を開閉させるアクチュエータをさらに有し、
前記ダイヤフラムは、前記ネジ部と共通のネジ部に螺合する前記アクチュエータのケーシングにより前記インナー部材に向けて押圧されて当該インナー部材に固定されている、構成を好ましく採用できる。
この構成により、アクチュエータやダイヤフラムのメンテナンスのためにアクチュエータハウジングの螺合を緩めても、オリフィスプレートを保持する構成要素の間のシール性に影響を与えることがない。
前記ダイヤフラムは、前記ネジ部と共通のネジ部に螺合する前記アクチュエータのケーシングにより前記インナー部材に向けて押圧されて当該インナー部材に固定されている、構成を好ましく採用できる。
この構成により、アクチュエータやダイヤフラムのメンテナンスのためにアクチュエータハウジングの螺合を緩めても、オリフィスプレートを保持する構成要素の間のシール性に影響を与えることがない。
【0008】
前記収容凹部の底面には、前記一次側流路の開口部及び前記二次側流路の開口部のうち前記一次側流路の開口部のみを包囲する第１の環状突起部及び当該第１の環状突起部を包囲するとともに前記二次側流路の開口部を包囲する第２の環状突起部が形成され、
前記オリフィスベースの下面には、全周が前記第１の環状突起部に対向し前記中段一次側貫通孔の開口部を包囲する第３の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の下面には、全周が前記第２の環状突起部に対向し前記上段二次側貫通孔の開口部を包囲する第４の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の前記第４の環状突起部の外周側には、環状下端面が形成され、
前記固定リングにより前記インナー部材を前記環状下端面が前記収容凹部に形成された段差面に当接するまで押圧すると、前記第１の環状突起部及び前記第２の環状突起部が前記ガスケットの下面に所定量が食い込むともに、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部が前記ガスケットの上面に所定量が食い込んで、前記一次側流路及び前記下段一次側貫通孔と前記中段一次側貫通孔との接続部及び、前記二次側流路及び前記下段二次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との接続部がシールされる構成が好ましく採用できる。
この構成により、第１～第４の環状突起部が所定量ガスケットに食い込むことにより、比較的小さい締め付け力で、一次側の流路と二次側の流路と外部との間のシールを実現できる。また、シールに必要な面圧から上記所定量を計算して、第１～第４の環状突起部がガスケットにその所定量が食い込むように、関係する各部材の寸法を設定することにより、シールに必要な面圧を得ることができる。
前記オリフィスベースの下面には、全周が前記第１の環状突起部に対向し前記中段一次側貫通孔の開口部を包囲する第３の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の下面には、全周が前記第２の環状突起部に対向し前記上段二次側貫通孔の開口部を包囲する第４の環状突起部が形成され、
前記インナー部材の前記第４の環状突起部の外周側には、環状下端面が形成され、
前記固定リングにより前記インナー部材を前記環状下端面が前記収容凹部に形成された段差面に当接するまで押圧すると、前記第１の環状突起部及び前記第２の環状突起部が前記ガスケットの下面に所定量が食い込むともに、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部が前記ガスケットの上面に所定量が食い込んで、前記一次側流路及び前記下段一次側貫通孔と前記中段一次側貫通孔との接続部及び、前記二次側流路及び前記下段二次側貫通孔と前記上段二次側貫通孔との接続部がシールされる構成が好ましく採用できる。
この構成により、第１～第４の環状突起部が所定量ガスケットに食い込むことにより、比較的小さい締め付け力で、一次側の流路と二次側の流路と外部との間のシールを実現できる。また、シールに必要な面圧から上記所定量を計算して、第１～第４の環状突起部がガスケットにその所定量が食い込むように、関係する各部材の寸法を設定することにより、シールに必要な面圧を得ることができる。
【0009】
前記オリフィスベースと前記インナー部材は、同じ硬度を有する部材で形成された、構成が好ましく採用できる。
また、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部は、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部の頂部の曲率半径が等しい、構成が好ましく採用できる。
この構成により、第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部のそれぞれの頂部は、同程度の面圧で前記ガスケットに所定量食い込むので、シールに必要な締め付け力が同程度になり、過大な締め付け力を加える必要がなくなる。
また、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部は、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、前記第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部の頂部の曲率半径が等しい、構成が好ましく採用できる。
この構成により、第３の環状突起部及び前記第４の環状突起部のそれぞれの頂部は、同程度の面圧で前記ガスケットに所定量食い込むので、シールに必要な締め付け力が同程度になり、過大な締め付け力を加える必要がなくなる。
【0010】
前記オリフィスベースは、上面側に前記オリフィスプレートの外周部下面が配置される環状の支持面を有し、当該環状の支持面及び前記第３の環状突起部及び前記第１の環状突起部のそれぞれの幅方向中心円は、上面視で一致するように形成された、構成を好ましく採用できる。
この構成により、締め付けた際の軸方向締め付け力は上面視で同一箇所に加わるため、曲げモーメントが生ずることなく、インナー部材やオリフィスベースの変形を最小化できる。
この構成により、締め付けた際の軸方向締め付け力は上面視で同一箇所に加わるため、曲げモーメントが生ずることなく、インナー部材やオリフィスベースの変形を最小化できる。
【0011】
前記バルブシートは、樹脂からなり、前記インナー部材に対してカシメにより固定されている構成を好ましく採用できる。
この構成により、バルブシートとダイヤフラムは共にインナー部材に固定されるので、組立時の締め付け方によるＣＶ値変化が抑えられる。
この構成により、バルブシートとダイヤフラムは共にインナー部材に固定されるので、組立時の締め付け方によるＣＶ値変化が抑えられる。
【0012】
好適には、前記インナー部材は、外周面の一部が前記収容凹部の内周面に嵌合して位置決めされ、前記オリフィスベースは、外周面の一部が前記インナー部材の内周面に嵌合して位置決めされている、構成を採用できる。
この構成により、組立時の作業性が向上できる。
この構成により、組立時の作業性が向上できる。
【0013】
本発明の流量制御装置は、上記のオリフィス内蔵バルブを備える。
この構成により、メンテナンス性及びシール性が向上し、部材の変形や破損を防ぐことができるオリフィス内蔵バルブおよびこれを用いた流量制御装置が提供される。
この構成により、メンテナンス性及びシール性が向上し、部材の変形や破損を防ぐことができるオリフィス内蔵バルブおよびこれを用いた流量制御装置が提供される。
【発明の効果】
【0014】
本実施形態によれば、収容凹部の内周ネジ部に螺合してインナー部材及びオリフィスプレート及びオリフィスベースを固定する固定リングを用いたので、アクチュエータやダイヤフラムのメンテナンスのためにアクチュエータハウジングの螺合を緩めても、オリフィスプレートを保持する構成要素の間のシール性に影響を与えることがなく、メンテナンス性およびシール性の向上が可能となる。
また、収容凹部の底部に軟質の部材からなるガスケットを配置したので、比較的小さい締め付け力で、一次側の各流路と二次側の各流路と外部との間のシールを行うことができ、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減することができる。
本発明によれば、メンテナンス性及びシール性が向上し、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減できるオリフィス内蔵バルブおよびこれを用いた流量制御装置が提供される。
また、収容凹部の底部に軟質の部材からなるガスケットを配置したので、比較的小さい締め付け力で、一次側の各流路と二次側の各流路と外部との間のシールを行うことができ、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減することができる。
本発明によれば、メンテナンス性及びシール性が向上し、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減できるオリフィス内蔵バルブおよびこれを用いた流量制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の第１の実施形態に係るオリフィス内蔵バルブの縦断面図。
【図3】ガスケットの外観斜視図。
【図4A】オリフィスベースの外観斜視図。
【図5】オリフィスプレートの外観斜視図。
【図6A】インナー部材の外観斜視図。
【図7】バルブシートの外観斜視図。
【図8】固定リングの外観斜視図。
【図9】ピュアリングの外観斜視図。
【図10】本発明の第２の実施形態に係る流量制御装置の要部断面を含む正面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。説明において同様の要素には同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。尚、本明細書及び特許請求の範囲における「上面」「下面」等の語は、ボディにおける収容凹部の位置を「上面」側と定義した場合の部材同士の相対的な位置関係を示す語であり、地面に対する位置関係を示す語ではない。
（第１の実施形態）
図１に本実施形態に係るオリフィス内蔵バルブ１を示す。
図１において、１０はボディ、１５はガスケット、２０はオリフィスベース、３０はオリフィスプレート、４０はインナー部材、５０はバルブシート、６０は固定リング、６５はピュアリング、７０はダイヤフラム、８０は押えアダプタ（図２参照）、９０はアクチュエータである。
尚、ガスケット１５、オリフィスベース２０、オリフィスプレート３０、インナー部材４０、バルブシート５０、固定リング６０、ピュアリング６５、ダイヤフラム７０および押えアダプタ８０（図２参照）は本発明の一実施形態に係るバルブ要素を構成している。
（第１の実施形態）
図１に本実施形態に係るオリフィス内蔵バルブ１を示す。
図１において、１０はボディ、１５はガスケット、２０はオリフィスベース、３０はオリフィスプレート、４０はインナー部材、５０はバルブシート、６０は固定リング、６５はピュアリング、７０はダイヤフラム、８０は押えアダプタ（図２参照）、９０はアクチュエータである。
尚、ガスケット１５、オリフィスベース２０、オリフィスプレート３０、インナー部材４０、バルブシート５０、固定リング６０、ピュアリング６５、ダイヤフラム７０および押えアダプタ８０（図２参照）は本発明の一実施形態に係るバルブ要素を構成している。
【0017】
ボディ１０は、本実施形態では、集積化ガスシステム（ＩＧＳ）用のボディで、ステンレス鋼等の金属材料でブロック状に形成されている。
ボディ１０には、図１に示すように、一次側流路１１と二次側流路１２が画定され、ボディ１０の上面に開口する断面が円形の穴からなる収容凹部１３が形成されている。一次側流路１１は、収容凹部１３の底面１３ｔの中央部で開口しており、二次側流路１２は、底面１３ｔの中央部と周辺部の中間付近で開口している。収容凹部１３の内周面にはネジ部１３ａが上面から深さ方向の中途まで形成されている。
収容凹部１３の下部には、後述するインナー部材４０を受ける段差面１３ｓが形成されている。
収容凹部１３の底面１３ｔには、一次側流路１１の開口部を包囲する第１の環状突起部１３ｐが形成され、ガスケット１５の下面１５ｂに食い込んで、一次側流路１１と後述するガスケット１５の下段一次側貫通孔１６との接続部をシールするように構成されている。また、第１の環状突起部１３ｐの外側には、これを同心円状に包囲するとともに、二次側流路１２の開口部も包囲する第２の環状突起部１３ｑが形成され、ガスケット１５の下面に食い込んで、二次側流路１２と後述する下段二次側貫通孔１７との接続部をシールするように構成されている。
ボディ１０には、図１に示すように、一次側流路１１と二次側流路１２が画定され、ボディ１０の上面に開口する断面が円形の穴からなる収容凹部１３が形成されている。一次側流路１１は、収容凹部１３の底面１３ｔの中央部で開口しており、二次側流路１２は、底面１３ｔの中央部と周辺部の中間付近で開口している。収容凹部１３の内周面にはネジ部１３ａが上面から深さ方向の中途まで形成されている。
収容凹部１３の下部には、後述するインナー部材４０を受ける段差面１３ｓが形成されている。
収容凹部１３の底面１３ｔには、一次側流路１１の開口部を包囲する第１の環状突起部１３ｐが形成され、ガスケット１５の下面１５ｂに食い込んで、一次側流路１１と後述するガスケット１５の下段一次側貫通孔１６との接続部をシールするように構成されている。また、第１の環状突起部１３ｐの外側には、これを同心円状に包囲するとともに、二次側流路１２の開口部も包囲する第２の環状突起部１３ｑが形成され、ガスケット１５の下面に食い込んで、二次側流路１２と後述する下段二次側貫通孔１７との接続部をシールするように構成されている。
【0018】
ガスケット１５は、軟質の材料で形成された略円板状の部材で、本実施形態では、焼鈍したステンレス合金等の金属、すなわち、ボディ１０、オリフィスベース２０、インナー部材４０より軟らかい金属で形成されている。ガスケット１５は、収容凹部１３の底部（１３ｔ）に配置され、一次側流路１１に連通する下段一次側貫通孔１６及び二次側流路１２に連通する下段二次側貫通孔１７を有する。本実施形態では、図３に示すように、下段一次側貫通孔１６は、平面視でガスケット１５の中心に設けられ、下段二次側貫通孔１７は、下段一次側貫通孔１６を囲む円周上に等間隔で６つ設けられている。但し、下段一次側貫通孔１７の数は、１つ以上であればいくつでもよい。ガスケット１５は、図２に示すように、収容凹部１３の底面１３ｔにおける第１の環状突起部１３ｐと第２の環状突起部１３ｑの上に載置され、下段一次側貫通孔１６は、第１の環状突起部１３ｐの内側に配置されて一次側流路１１と連通し、下段二次側貫通孔１７は、第１の環状突起部１３ｐと第２の環状突起部１３ｑの間の円環状領域に配置されて、二次側流路１２に連通している。
ガスケット１５は、軟質の金属で形成されているので、バルブ要素を固定する際、第１の環状突起部１３ｐと第２の環状突起部１３ｑがガスケット１５の下面１５ｂに食い込んで、前記ボディ１０の説明で述べたシールがなされる。その際、第１の環状突起部１３ｐと第２の環状突起部１３ｑの間の円環状領域は、周囲と隔離された空間となり、二次側流路１２はこの空間を通して６つの下段二次側貫通孔１７（図３参照）に連通する。
ガスケット１５は、軟質の金属で形成されているので、バルブ要素を固定する際、第１の環状突起部１３ｐと第２の環状突起部１３ｑがガスケット１５の下面１５ｂに食い込んで、前記ボディ１０の説明で述べたシールがなされる。その際、第１の環状突起部１３ｐと第２の環状突起部１３ｑの間の円環状領域は、周囲と隔離された空間となり、二次側流路１２はこの空間を通して６つの下段二次側貫通孔１７（図３参照）に連通する。
【0019】
オリフィスベース２０は、図２に示すように、ガスケット１５の上に配置され、その下段一次側貫通孔１６に連通する中段一次側貫通孔２０ａを有する部材である。
本実施形態では、オリフィスベース２０は、ステンレス合金等の金属、すなわち、ガスケット１５より硬い金属で形成されている。図４Ａ，４Ｂに示すように、オリフィスベース２０は、外周側に上側の小径部２０ｆ１と中央部の中径部２０ｆ２と下側の大径部２０ｆ３を有する段付の略円柱状に形成され、中心軸上に流路となる中段一次側貫通孔２０ａを有する。
オリフィスベース２０は、図２に示すように、その外周面中央部の中径部２０ｆ２（図４Ｂ参照）が後述するインナー部材４０の中段凹部４０ａの内周面（図６Ｂ参照）に嵌合することにより位置決めされ、中段一次側貫通孔２０ａはガスケット１５の下段一次側貫通孔１６を介してボディ１０の一次側流路１１と連通している。
また、オリフィスベース２０の下面２０ｂには、全周がボディ１０の第１の環状突起部１３ｐに対向し中段一次側貫通孔２０ａの開口部を包囲する第３の環状突起部２０ｃが形成され、第１の環状突起部１３ｐとともにガスケット１５に食い込んで、一次側流路１１と下段一次側貫通孔１６と中段一次側貫通孔２０ａとの接続部をシールするように構成されている。
尚、図４Ｂに示すように、中径部２０ｆ２の軸方向には、全周に渡って外周突起部２０ｇが設けられ、中央部の中径部２０ｆ２がインナー部材４０の中段凹部４０ａの内周面（図６Ｂ参照）に嵌合すると、外周突起部２０ｇが潰れてシールするようになっている。なお、外周突起部２０ｇを設ける代わりに、例えば、中径部２０ｆ２とインナー部材４０の中段凹部４０ａの内周面を共にテーパ面にして嵌合することにより、シールしてもよい。オリフィスベース２０の外周面下側の大径部２０ｆ３と、後述するインナー部材４０の下段凹部４０ｔの内周面（図６Ｂ参照）との隙間Ｇｐは、図２に示すように、二次側流路１２及び下段二次側貫通孔１７と後述する上段二次側貫通孔４０ｐの接続部を構成している
オリフィスベース２０の上端部の中段一次側貫通孔２０ａの開口部周囲は、オリフィスプレート３０を支持する環状の支持面２０ｓとなっている。この環状の支持面２０ｓ及び第３の環状突起部２０ｃ及び第１の環状突起部１３ｐのそれぞれの幅方向中心円は、上面視で一致するように形成されている。この構成により、締め付けた際の軸方向締め付け力は上面視で同一箇所に加わるため、曲げモーメントが生ずることなく、インナー部材４０やオリフィスベース２０の変形を最小化できる。
本実施形態では、オリフィスベース２０は、ステンレス合金等の金属、すなわち、ガスケット１５より硬い金属で形成されている。図４Ａ，４Ｂに示すように、オリフィスベース２０は、外周側に上側の小径部２０ｆ１と中央部の中径部２０ｆ２と下側の大径部２０ｆ３を有する段付の略円柱状に形成され、中心軸上に流路となる中段一次側貫通孔２０ａを有する。
オリフィスベース２０は、図２に示すように、その外周面中央部の中径部２０ｆ２（図４Ｂ参照）が後述するインナー部材４０の中段凹部４０ａの内周面（図６Ｂ参照）に嵌合することにより位置決めされ、中段一次側貫通孔２０ａはガスケット１５の下段一次側貫通孔１６を介してボディ１０の一次側流路１１と連通している。
また、オリフィスベース２０の下面２０ｂには、全周がボディ１０の第１の環状突起部１３ｐに対向し中段一次側貫通孔２０ａの開口部を包囲する第３の環状突起部２０ｃが形成され、第１の環状突起部１３ｐとともにガスケット１５に食い込んで、一次側流路１１と下段一次側貫通孔１６と中段一次側貫通孔２０ａとの接続部をシールするように構成されている。
尚、図４Ｂに示すように、中径部２０ｆ２の軸方向には、全周に渡って外周突起部２０ｇが設けられ、中央部の中径部２０ｆ２がインナー部材４０の中段凹部４０ａの内周面（図６Ｂ参照）に嵌合すると、外周突起部２０ｇが潰れてシールするようになっている。なお、外周突起部２０ｇを設ける代わりに、例えば、中径部２０ｆ２とインナー部材４０の中段凹部４０ａの内周面を共にテーパ面にして嵌合することにより、シールしてもよい。オリフィスベース２０の外周面下側の大径部２０ｆ３と、後述するインナー部材４０の下段凹部４０ｔの内周面（図６Ｂ参照）との隙間Ｇｐは、図２に示すように、二次側流路１２及び下段二次側貫通孔１７と後述する上段二次側貫通孔４０ｐの接続部を構成している
オリフィスベース２０の上端部の中段一次側貫通孔２０ａの開口部周囲は、オリフィスプレート３０を支持する環状の支持面２０ｓとなっている。この環状の支持面２０ｓ及び第３の環状突起部２０ｃ及び第１の環状突起部１３ｐのそれぞれの幅方向中心円は、上面視で一致するように形成されている。この構成により、締め付けた際の軸方向締め付け力は上面視で同一箇所に加わるため、曲げモーメントが生ずることなく、インナー部材４０やオリフィスベース２０の変形を最小化できる。
【0020】
オリフィスプレート３０は、オリフィスベース２０の上に配置され、中段一次側貫通孔２０ａに連通するオリフィス３０ｈが形成された部材である。
本実施形態では、オリフィスプレート３０は、図５に示すように、ステンレス合金等の金属製の薄い円盤で、中心部にオリフィス３０ｈが形成されている。オリフィスプレート３０は、オリフィスベース２０の上面中央部の支持面２０ｓ（図４Ｂ参照）に配置され、この支持面２０ｓと後述するインナー部材４０の天井面４０ｂ（図６Ｂ参照）との間に挟持されて固定されている。なお、オリフィスプレート３０は、挟持による固定の代わりに溶接によって支持面２０ｓに固定してもよい。オリフィスプレート３０は、オリフィス３０ｈが中段一次側貫通孔２０ａの開口部を絞るように構成されている。なお、本実施形態では、オリフィスプレート３０にオリフィス３０ｈを１つのみ設けたが、複数設けてもよい。
本実施形態では、オリフィスプレート３０は、図５に示すように、ステンレス合金等の金属製の薄い円盤で、中心部にオリフィス３０ｈが形成されている。オリフィスプレート３０は、オリフィスベース２０の上面中央部の支持面２０ｓ（図４Ｂ参照）に配置され、この支持面２０ｓと後述するインナー部材４０の天井面４０ｂ（図６Ｂ参照）との間に挟持されて固定されている。なお、オリフィスプレート３０は、挟持による固定の代わりに溶接によって支持面２０ｓに固定してもよい。オリフィスプレート３０は、オリフィス３０ｈが中段一次側貫通孔２０ａの開口部を絞るように構成されている。なお、本実施形態では、オリフィスプレート３０にオリフィス３０ｈを１つのみ設けたが、複数設けてもよい。
【0021】
インナー部材４０は、オリフィスプレート３０の上に配置され、オリフィス３０ｈに連通して上面に開口する上段一次側貫通孔４０ｃ及び二次側流路１２に連通して上面に開口する上段二次側貫通孔４０ｐを有する部材である。
本実施形態では、インナー部材４０は、オリフィスベース２０と同じ硬度を有するステンレス合金等の金属製で、図６Ａ，６Ｂに示すように、外周側が、上側の小径部４０ｆ１と下側の大径部４０ｆ２を有する略段付円筒状に形成されている。インナー部材４０の内周側には、下面側から断面が円形の下段凹部４０ｔが形成され、その上に断面が縮径した円形の中段凹部４０ａが形成され、その天井面４０ｂから上段一次側貫通孔４０ｃが形成されている。大径部４０ｆ２の外周面は、ボディ１０の収容凹部１３の下部の内周面１３ｂ（図２参照）に嵌合して、インナー部材４０自体を位置決めし、中段凹部４０ａの内周面は、前記のように、それに嵌合するオリフィスベース２０を位置決めしている。
インナー部材４０の環状下端面４０ｄは、ボディ１０の収容凹部１３の段差面１３ｓ（図２参照）に当接し、これによりインナー部材４０の上下方向位置が位置決めされている。
この環状下端面４０ｄの内側には、ボディの第２の環状突起部１３ｑに全周に渡って対向する第４の環状突起部４０ｇが形成され、第２の環状突起部１３ｑ（図２参照）とともにガスケット１５に所定量食い込んで、二次側流路１２及び下段二次側貫通孔１７と後述する上段二次側貫通孔４０ｐの接続部をシールするように構成されている。
本実施形態では、インナー部材４０は、オリフィスベース２０と同じ硬度を有するステンレス合金等の金属製で、図６Ａ，６Ｂに示すように、外周側が、上側の小径部４０ｆ１と下側の大径部４０ｆ２を有する略段付円筒状に形成されている。インナー部材４０の内周側には、下面側から断面が円形の下段凹部４０ｔが形成され、その上に断面が縮径した円形の中段凹部４０ａが形成され、その天井面４０ｂから上段一次側貫通孔４０ｃが形成されている。大径部４０ｆ２の外周面は、ボディ１０の収容凹部１３の下部の内周面１３ｂ（図２参照）に嵌合して、インナー部材４０自体を位置決めし、中段凹部４０ａの内周面は、前記のように、それに嵌合するオリフィスベース２０を位置決めしている。
インナー部材４０の環状下端面４０ｄは、ボディ１０の収容凹部１３の段差面１３ｓ（図２参照）に当接し、これによりインナー部材４０の上下方向位置が位置決めされている。
この環状下端面４０ｄの内側には、ボディの第２の環状突起部１３ｑに全周に渡って対向する第４の環状突起部４０ｇが形成され、第２の環状突起部１３ｑ（図２参照）とともにガスケット１５に所定量食い込んで、二次側流路１２及び下段二次側貫通孔１７と後述する上段二次側貫通孔４０ｐの接続部をシールするように構成されている。
【0022】
ここで、上記所定量は、シールに必要な面圧から算出し、環状下端面４０ｄが段差面１３ｓ（図２参照）に当接したとき各環状突起部（１３ｐ，１３ｑ，２０ｃ，４０ｇ）がガスケット１５に上記所定量が食い込むように関係する各要素の寸法を設定している。
この算出方法の考え方について述べる。
まず下式１からシールに必要な締め付けトルク（軸力Ｆ）を算出する。
ここで、Fは必要軸力（単位N）、Gは接触面径（単位ｍｍ）、ｂはガスケット座の基本幅（単位ｍｍ）、ｙは最小締め付け圧力（単位N/mm2）である。
次いで、下式２を用い、必要軸力Ｐ（上記Ｆを式２のＰに代入する）からガスケット１５の歪み応力σを算出する。
ここで、Pは軸力（単位N）、Rは軸力を受ける中心半径（単位ｍｍ）、ａはシール部中心半径（単位ｍｍ）、σは応力（単位N/mm2）である。
次いで、下式３を用い、歪み応力σから歪み量ωを算出する。
ここで、ωは歪み量（単位ｍｍ）、ｔは板厚（単位ｍｍ）、νはポアソン比、Ｅは縦弾性係数（単位N/mm2）で、いずれもガスケット１５の値である。また、Ｄは式３の下側の式で定義した量である。
各環状突起部（１３ｐ，１３ｑ，２０ｃ，４０ｇ）がガスケット１５に食い込む上記所定量をこの歪み量ωとすることにより、シールに必要な面圧を得ることができる。なお、この第４の環状突起部４０ｇとオリフィスベース２０の第３の環状突起部２０ｃは、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、頂部の曲率半径が等しく形成されている。この構成により、第３の環状突起部２０ｃ及び第４の環状突起部４０ｇのそれぞれの頂部は、同程度の面圧でガスケット１５に所定量が食い込むので、シールに必要な締め付け力が同程度になり、過大な締め付け力を加える必要がなくなる。
この算出方法の考え方について述べる。
まず下式１からシールに必要な締め付けトルク（軸力Ｆ）を算出する。
【数1】
次いで、下式２を用い、必要軸力Ｐ（上記Ｆを式２のＰに代入する）からガスケット１５の歪み応力σを算出する。
【数2】
次いで、下式３を用い、歪み応力σから歪み量ωを算出する。
【数3】
各環状突起部（１３ｐ，１３ｑ，２０ｃ，４０ｇ）がガスケット１５に食い込む上記所定量をこの歪み量ωとすることにより、シールに必要な面圧を得ることができる。なお、この第４の環状突起部４０ｇとオリフィスベース２０の第３の環状突起部２０ｃは、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、頂部の曲率半径が等しく形成されている。この構成により、第３の環状突起部２０ｃ及び第４の環状突起部４０ｇのそれぞれの頂部は、同程度の面圧でガスケット１５に所定量が食い込むので、シールに必要な締め付け力が同程度になり、過大な締め付け力を加える必要がなくなる。
【0023】
一方、インナー部材４０の上面側には、中心部に上段一次側貫通孔４０ｃの開口部が設けられ、その周囲には、それぞれ円環状のバルブシート配置溝４０ｈ、環状流出溝４０ｉ，ダイヤフラム支持部４０ｊ，環状上端面４０ｋが、この順に同心円状に形成されている。
下面側から環状流出溝４０ｉに連通する上段二次側貫通孔４０ｐが、円周上に周方向に等間隔で６本形成されている。但し、上段二次側貫通孔４０ｐの本数は、１本以上であれば何本でもよい。本実施形態では、各上段二次側貫通孔４０ｐを穿設するドリルをインナー部材４０の上面まで通さずに、環状流出溝４０ｉに連通させて止めており、それにより、ダイヤフラム支持部４０ｊの形状を維持している。この上段二次側貫通孔４０ｐの下面側は、オリフィスベース２０と下段凹部４０ｔの内周面との隙間Ｇｐ及び下段二次側貫通孔１７通って、ボディ１０の二次側流路１２と連通している。
下面側から環状流出溝４０ｉに連通する上段二次側貫通孔４０ｐが、円周上に周方向に等間隔で６本形成されている。但し、上段二次側貫通孔４０ｐの本数は、１本以上であれば何本でもよい。本実施形態では、各上段二次側貫通孔４０ｐを穿設するドリルをインナー部材４０の上面まで通さずに、環状流出溝４０ｉに連通させて止めており、それにより、ダイヤフラム支持部４０ｊの形状を維持している。この上段二次側貫通孔４０ｐの下面側は、オリフィスベース２０と下段凹部４０ｔの内周面との隙間Ｇｐ及び下段二次側貫通孔１７通って、ボディ１０の二次側流路１２と連通している。
【0024】
バルブシート５０は、インナー部材４０上面の上段一次側貫通孔４０ｃの開口部周囲に設けられた円環状の部材である。本実施形態では、フッ素樹脂（PCTFE）製で、図７に示すように、略円環状に形成されている。このバルブシート５０は、インナー部材４０上面のバルブシート配置溝４０ｈ（図６Ｂ参照）に嵌め込まれ、その両側の円環状壁面によってカシメられて、固定されている。この構成により、バルブシート５０と後述するダイヤフラムは共にインナー部材４０に固定されるので、組立時の締め付け方によるＣＶ
値変化が抑えられる。
値変化が抑えられる。
【0025】
固定リング６０は、ステンレス鋼等の金属材料で形成されており、図８に示すように、略円環状を有する。固定リング６０の外周面にネジ部６０ａが形成され、内周面６０ｂは回転工具を係合させるためにダブルヘックス構造を有している。図２に示すように、固定リング６０のネジ部６０ａを収容凹部１３のネジ部１３ａに螺合させて締め付けると、インナー部材４０の段差面４０ｅは、固定リング６０によって押圧され、インナー部材４０の環状下端面４０ｄが、ボディ１０の収容凹部１３の段差面１３ｓに当接し、これによりインナー部材４０の上下方向位置が位置決めされている。
このとき、オリフィスベース２０は、オリフィスプレート３０を挟んでインナー部材４０の中段凹部４０ａの天井面４０ｂ（図６Ｂ参照）に押圧されて、オリフィスベース２０下面側の第３の環状突起部２０ｃがガスケット１５の上面１５aに食い込むとともに、ボディ１０の第１の環状突起部１３ｐがガスケット１５の下面１５ｂに食い込むことにより、シールが形成される。同時に、インナー部材４０下面側の第４の環状突起部４０ｇがガスケット１５の上面１５aに食い込むとともに、ボディ１０の第２の環状突起部１３ｑがガスケット１５の下面１５ｂに食い込むことにより、シールが形成される。
尚、固定リング６０下端部とインナー部材４０の段差面４０ｅとの間にピュアリング６５が２枚配置されている。このピュアリング６５は、図９に示すように略ワッシャ状を成すステンレス鋼板に摩擦低減コーティングを施した部材で、これにより、固定リング６０で締め付けるための回転時の摩擦を低減し、インナー部材４０の供回りを防止している。
このピュアリング６５は、上記ステンレス鋼板製のものに限られず、回転時の摩擦を低減できるものであれば、いずれでもよい。例えば、略ワッシャ状の樹脂板やスラストベアリングを用いてもよい。
このとき、オリフィスベース２０は、オリフィスプレート３０を挟んでインナー部材４０の中段凹部４０ａの天井面４０ｂ（図６Ｂ参照）に押圧されて、オリフィスベース２０下面側の第３の環状突起部２０ｃがガスケット１５の上面１５aに食い込むとともに、ボディ１０の第１の環状突起部１３ｐがガスケット１５の下面１５ｂに食い込むことにより、シールが形成される。同時に、インナー部材４０下面側の第４の環状突起部４０ｇがガスケット１５の上面１５aに食い込むとともに、ボディ１０の第２の環状突起部１３ｑがガスケット１５の下面１５ｂに食い込むことにより、シールが形成される。
尚、固定リング６０下端部とインナー部材４０の段差面４０ｅとの間にピュアリング６５が２枚配置されている。このピュアリング６５は、図９に示すように略ワッシャ状を成すステンレス鋼板に摩擦低減コーティングを施した部材で、これにより、固定リング６０で締め付けるための回転時の摩擦を低減し、インナー部材４０の供回りを防止している。
このピュアリング６５は、上記ステンレス鋼板製のものに限られず、回転時の摩擦を低減できるものであれば、いずれでもよい。例えば、略ワッシャ状の樹脂板やスラストベアリングを用いてもよい。
【0026】
ダイヤフラム７０は、図２に示すように、インナー部材４０の上に配置され、バルブシート５０から離間または当接して、上段一次側貫通孔４０ｃと上段二次側貫通孔４０ｐとの間を連通または遮断する部材である。
ダイヤフラム７０は、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板およびニッケル・コバルト合金薄板を積層したものの中央部を上方へ膨出させることにより形成され、自然状態で上に凸の球殻状を有する。ダイヤフラム７０は、図２に示すように、インナー部材４０のダイヤフラム支持部４０ｊ（図６Ｂ参照）により支持され、リング状の押えアダプタ８０を介してアクチュエータ９０のケーシング９１の下端部９１ｂの環状の端面によって押圧されることにより、固定されている。ダイヤフラム７０は、流路の一部を画定しており、ダイヤフラム押え９２により押圧されて弾性変形し、バルブシート５０に当接すると流路が閉鎖され、バルブシート５０から離間すると、流路が開放される。
なお、本実施形態では、ダイヤフラム７０がケーシング９１と連れ回りするのを防ぐため、金属製の押えアダプタ８０を用いてダイヤフラム７０をインナー部材４０に固定したが、アクチュエータ９０のケーシング９１の下端部９１ｂを伸ばすことで、押えアダプタ８０を用いずにダイヤフラム７０を直接に固定することも可能である。
ダイヤフラム７０は、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板およびニッケル・コバルト合金薄板を積層したものの中央部を上方へ膨出させることにより形成され、自然状態で上に凸の球殻状を有する。ダイヤフラム７０は、図２に示すように、インナー部材４０のダイヤフラム支持部４０ｊ（図６Ｂ参照）により支持され、リング状の押えアダプタ８０を介してアクチュエータ９０のケーシング９１の下端部９１ｂの環状の端面によって押圧されることにより、固定されている。ダイヤフラム７０は、流路の一部を画定しており、ダイヤフラム押え９２により押圧されて弾性変形し、バルブシート５０に当接すると流路が閉鎖され、バルブシート５０から離間すると、流路が開放される。
なお、本実施形態では、ダイヤフラム７０がケーシング９１と連れ回りするのを防ぐため、金属製の押えアダプタ８０を用いてダイヤフラム７０をインナー部材４０に固定したが、アクチュエータ９０のケーシング９１の下端部９１ｂを伸ばすことで、押えアダプタ８０を用いずにダイヤフラム７０を直接に固定することも可能である。
【0027】
アクチュエータ９０は、例えば、ケーシング９１内にピストンを内蔵するエアシリンダを用いることができるが、これに限定されるわけではない。アクチュエータ９０は、図示しない駆動部分にダイヤフラム押え９２を保持しており、このダイヤフラム押え９２をバルブシート５０に対して接近および離隔する向きに駆動する。
ダイヤフラム押え９２は、ポリイミド等の合成樹脂で形成され先端部が凸状に湾曲しており、ダイヤフラム７０の中央部上面に当接するようになっている。
アクチュエータ９０のケーシング９１の外周面には、ネジ部９１ａが形成され、このネジ部９１ａがボディ１０の収容凹部１３の内周面に形成されたネジ部１３ａに螺合し、ケーシング９１の下端部９１ｂの環状の端面が、押えアダプタ８０を介してダイヤフラム７０の外周部を押圧している。これにより、ダイヤフラム７０がインナー部材４０に固定されるとともに、アクチュエータ９０がボディ１０に対して固定される。
ダイヤフラム押え９２は、ポリイミド等の合成樹脂で形成され先端部が凸状に湾曲しており、ダイヤフラム７０の中央部上面に当接するようになっている。
アクチュエータ９０のケーシング９１の外周面には、ネジ部９１ａが形成され、このネジ部９１ａがボディ１０の収容凹部１３の内周面に形成されたネジ部１３ａに螺合し、ケーシング９１の下端部９１ｂの環状の端面が、押えアダプタ８０を介してダイヤフラム７０の外周部を押圧している。これにより、ダイヤフラム７０がインナー部材４０に固定されるとともに、アクチュエータ９０がボディ１０に対して固定される。
【0028】
ここで、上記したオリフィス内蔵バルブの組立手順について主に図１及び図２を参照して説明する。
まず、オリフィスベース２０の支持面２０ｓ（図４Ｂ参照）上にオリフィスプレート３０を設置し、この状態でオリフィスベース２０をインナー部材４０の下面側の中段凹部４０ａ（図６Ｂ）に嵌入させる。これにより、オリフィスプレート３０が支持面２０ｓとインナー部材４０の天井面４０ｂ（図６Ｂ）で挟持されるとともに、外周突起部２０ｇ（図４Ｂ）が潰れてオリフィスベース２０の外周とインナー部材４０の内周がシールされる。
次いでインナー部材４０の上面のバルブシート配置溝４０ｈ（図６Ｂ）にバルブシート５０を嵌め込み、その両側の円環状壁面によってカシメて固定する。これにより、オリフィスベース２０とオリフィスプレート３０とインナー部材４０とバルブシート５０との結合体が形成される。
次いで、ボディ１０の収容凹部１３の底部に、ガスケット１５を載置し、その上に前記オリフィスベース２０とオリフィスプレート３０とインナー部材４０とバルブシート５０との結合体を載置し、収容凹部１３のネジ部１３ａに固定リング６０を螺合させて、インナー部材４０の環状下端面４０ｄが収容凹部１３の段差面１３ｓに当接するまで締め込むことにより、オリフィスベース２０とオリフィスプレート３０とインナー部材４０とバルブシート５０との結合体及びガスケット１５をボディ１０に固定する。
次いで、ダイヤフラム７０をインナー部材４０のダイヤフラム支持部４０ｊ（図６Ｂ）に設置し、ダイヤフラム７０上に押えアダプタ８０を設置し、アクチュエータ９０のケーシング９１のネジ部９１ａをボディ１０の収容凹部１３のネジ部１３ａにねじ込む。これにより、本実施形態のオリフィス内蔵バルブが組立てられる。
まず、オリフィスベース２０の支持面２０ｓ（図４Ｂ参照）上にオリフィスプレート３０を設置し、この状態でオリフィスベース２０をインナー部材４０の下面側の中段凹部４０ａ（図６Ｂ）に嵌入させる。これにより、オリフィスプレート３０が支持面２０ｓとインナー部材４０の天井面４０ｂ（図６Ｂ）で挟持されるとともに、外周突起部２０ｇ（図４Ｂ）が潰れてオリフィスベース２０の外周とインナー部材４０の内周がシールされる。
次いでインナー部材４０の上面のバルブシート配置溝４０ｈ（図６Ｂ）にバルブシート５０を嵌め込み、その両側の円環状壁面によってカシメて固定する。これにより、オリフィスベース２０とオリフィスプレート３０とインナー部材４０とバルブシート５０との結合体が形成される。
次いで、ボディ１０の収容凹部１３の底部に、ガスケット１５を載置し、その上に前記オリフィスベース２０とオリフィスプレート３０とインナー部材４０とバルブシート５０との結合体を載置し、収容凹部１３のネジ部１３ａに固定リング６０を螺合させて、インナー部材４０の環状下端面４０ｄが収容凹部１３の段差面１３ｓに当接するまで締め込むことにより、オリフィスベース２０とオリフィスプレート３０とインナー部材４０とバルブシート５０との結合体及びガスケット１５をボディ１０に固定する。
次いで、ダイヤフラム７０をインナー部材４０のダイヤフラム支持部４０ｊ（図６Ｂ）に設置し、ダイヤフラム７０上に押えアダプタ８０を設置し、アクチュエータ９０のケーシング９１のネジ部９１ａをボディ１０の収容凹部１３のネジ部１３ａにねじ込む。これにより、本実施形態のオリフィス内蔵バルブが組立てられる。
【0029】
本実施形態のオリフィス内蔵バルブでは、図２に示すように、一次側流路１１からガスケット１５の下段一次側貫通孔１６を通ってオリフィスベース２０の中段一次側貫通孔２０ａに流入した流体は、オリフィスプレート３０に形成されたオリフィス３０ｈ（図５参照）を通過し、インナー部材４０の上段一次側貫通孔４０ｃを通過し、バルブシート５０とダイヤフラム７０との隙間を通過してインナー部材４０の環状流出溝４０ｉに流入する。環状流出溝４０ｉに流入した流体は、複数の上段二次側貫通孔４０ｐを通過して、環状の隙間Ｇｐに流入し、ガスケット１５の複数の下段二次側貫通孔１７を通って、収容凹部１３の底面１３ｔに開口する二次側流路１２へ流出する。
【0030】
本実施形態では、上記のような構造を採用することで、オリフィス内蔵バルブを小型化できるとともに、インナー部材４０内部に複数の上段二次側貫通孔４０ｐを形成することで、流量も確保できる。
本実施形態によれば、インナー部材４０を収容凹部１３のネジ部１３ａに螺合する固定リング６０を用いて固定し、ダイヤフラム７０を共通のネジ部１３ａに螺合するアクチュエータ９０のケーシング９１を用いて固定することにより、ダイヤフラム７０とオリフィスプレート３０をそれぞれ別々に組み付けることができるので、シール性の向上およびメイテナンス性の向上が可能となる。
また、収容凹部の底部に軟質の金属からなるガスケットを配置したので、比較的小さい締め付け力で、一次側の各流路と二次側の各流路と外部との間のシールを行うことができ、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減することができる。
本実施形態によれば、インナー部材４０を収容凹部１３のネジ部１３ａに螺合する固定リング６０を用いて固定し、ダイヤフラム７０を共通のネジ部１３ａに螺合するアクチュエータ９０のケーシング９１を用いて固定することにより、ダイヤフラム７０とオリフィスプレート３０をそれぞれ別々に組み付けることができるので、シール性の向上およびメイテナンス性の向上が可能となる。
また、収容凹部の底部に軟質の金属からなるガスケットを配置したので、比較的小さい締め付け力で、一次側の各流路と二次側の各流路と外部との間のシールを行うことができ、締め付け時の部材の変形や破損のリスクを低減することができる。
【0031】
（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態は、本発明のオリフィス内蔵バルブを用いた流量制御装置を提供する。
図１０に本実施形態に係る流量制御装置１００を示す。
本流量制御装置は、第１の実施形態のオリフィス内蔵バルブ１のボディ１０を変形したボディ１０Ａを含むオリフィス内蔵バルブ１Ａと、流量制御バルブ１１０と、圧力検出器１２０および１３０を含む。
本発明の第２の実施形態は、本発明のオリフィス内蔵バルブを用いた流量制御装置を提供する。
図１０に本実施形態に係る流量制御装置１００を示す。
本流量制御装置は、第１の実施形態のオリフィス内蔵バルブ１のボディ１０を変形したボディ１０Ａを含むオリフィス内蔵バルブ１Ａと、流量制御バルブ１１０と、圧力検出器１２０および１３０を含む。
【0032】
ボディ１０Ａは、第１の実施形態のボディ１０と同様に、ステンレス鋼等の金属材料でブロック状に形成され、一次側流路１１ａ，１１ｂ，１１ｃ及び二次側流路１２ａ，１２ｂ、さらに第１の実施形態の収容凹部１３を画定している。
【0033】
流量制御バルブ１１０は、オリフィス内蔵バルブ１Ａの一次側の流路１１ａと流路１１ｂとの間に設けられており、外部から供給されて流路１１ａ，１１ｂを流通する流体の流量を制御可能となっている。
圧力検出器１２０は、流路１１ｂと流路１１ｃの間に設けられ、オリフィス内蔵バルブ１Ａの一次側流路である流路１１ｂ，１１ｃの圧力を検出する。
圧力検出器１３０は、オリフィス内蔵バルブ１Ａの二次側流路である流路１２ａ,１２ｂの圧力を検出する。
圧力検出器１２０は、流路１１ｂと流路１１ｃの間に設けられ、オリフィス内蔵バルブ１Ａの一次側流路である流路１１ｂ，１１ｃの圧力を検出する。
圧力検出器１３０は、オリフィス内蔵バルブ１Ａの二次側流路である流路１２ａ,１２ｂの圧力を検出する。
【0034】
オリフィス内蔵バルブ１Ａの構成は、ボディ１０Ａの形状がボディ１０と異なる点を除いて、第１の実施形態のオリフィス内蔵バルブ１と同じである。
【0035】
このように構成された流量制御装置１００は、所謂圧力式の流量制御装置であり、プロセッサ、メモリ等のハードウエアおよび所要のソフトウエアで構成される図示しない制御回路を備えており、圧力検出器１２０の検出する圧力Ｐ１および圧力検出器１３０の検出する圧力Ｐ２に基づいて、流路１１ａ～１２ｂを流通する流体の流量を計量し、計量流量が目標流量となるように、流量制御バルブ１１０を駆動制御する。
【0036】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、ガスケット１５を焼鈍したステンレス合金等の金属で構成したが、耐熱性がそれほど要求されない場合等では、例えば、フッ素樹脂（PCTFE）等の樹脂材料で構成しても良い。
例えば、上記各実施形態では、ガスケット１５を焼鈍したステンレス合金等の金属で構成したが、耐熱性がそれほど要求されない場合等では、例えば、フッ素樹脂（PCTFE）等の樹脂材料で構成しても良い。
【0037】
また、上記各実施形態では、第１から第４の環状突起部を設けたが、ガスケット１５が十分柔らかく、その変型によりシールが十分可能であれば、これらの第１から第４の環状突起部が不要の場合もある。または、環状突起部の代わりに環状以外の多角形状等に取り囲む突起や、環状または多角形状等に取り囲む段差面でシールしてもよい。
【0038】
また、上記各実施形態では、前記オリフィスベースと前記インナー部材を同じ硬度を有する部材で形成したが、ガスケット１５の変型によりシールが十分可能であれば、硬度が異なる部材で形成してもよい。
【0039】
また、上記各実施形態では、固定リング６０の摩擦低減のためにピュアリング６５を用いたが、インナー部材４０の供回りが発生しなければ、ピュアリング６５は用いなくても良い。
【0040】
また、オリフィスベース２０やインナー部材４０は、上記各実施形態のような段付円筒状ではなく、例えばストレートの円筒状でも良い。
【符号の説明】
【0041】
１，１Ａ オリフィス内蔵バルブ
１０，１０Ａ ボディ
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 一次側流路（流路）
１２，１２ａ，１２ｂ 二次側流路（流路）
１３ 収容凹部
１３ａ ネジ部
１３ｂ 内周面
１３ｐ 第１の環状突起部
１３ｑ 第２の環状突起部
１３ｓ 段差面
１３ｔ 底面
１５ ガスケット
１５ａ 上面
１５ｂ 下面
１６ 下段一次側貫通孔
１７ 下段二次側貫通孔
２０ オリフィスベース
２０ａ 中段一次側貫通孔
２０ｂ 下面
２０ｃ 第３の環状突起部
２０ｆ１ 小径部
２０ｆ２ 中径部
２０ｆ３ 大径部
２０ｇ 外周突起部
２０ｓ 支持面
３０ オリフィスプレート
３０ｈ オリフィス
４０ インナー部材
４０ａ 中段凹部
４０ｂ 天井面
４０ｃ 上段一次側貫通孔
４０ｄ 環状下端面
４０ｅ 段差面
４０ｆ１ 小径部
４０ｆ２ 大径部
４０ｇ 第４の環状突起部
４０ｈ バルブシート配置溝
４０ｉ 環状流出溝
４０ｊ ダイヤフラム支持部
４０ｋ 環状上端面
４０ｐ 上段二次側流出孔
４０ｔ 下段凹部
５０ バルブシート
６０ 固定リング
６０ａ ネジ部
６０ｂ 内周面
６５ ピュアリング
７０ ダイヤフラム
８０ 押えアダプタ
９０ アクチュエータ
９１ ケーシング
９１ａ ネジ部
９１ｂ 下端部
９２ ダイヤフラム押え
１００ 流量制御装置
１１０ 流量制御バルブ
１２０，１３０ 圧力検出器
Ｇｐ 隙間
Ｐ１，Ｐ２ 圧力
１０，１０Ａ ボディ
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 一次側流路（流路）
１２，１２ａ，１２ｂ 二次側流路（流路）
１３ 収容凹部
１３ａ ネジ部
１３ｂ 内周面
１３ｐ 第１の環状突起部
１３ｑ 第２の環状突起部
１３ｓ 段差面
１３ｔ 底面
１５ ガスケット
１５ａ 上面
１５ｂ 下面
１６ 下段一次側貫通孔
１７ 下段二次側貫通孔
２０ オリフィスベース
２０ａ 中段一次側貫通孔
２０ｂ 下面
２０ｃ 第３の環状突起部
２０ｆ１ 小径部
２０ｆ２ 中径部
２０ｆ３ 大径部
２０ｇ 外周突起部
２０ｓ 支持面
３０ オリフィスプレート
３０ｈ オリフィス
４０ インナー部材
４０ａ 中段凹部
４０ｂ 天井面
４０ｃ 上段一次側貫通孔
４０ｄ 環状下端面
４０ｅ 段差面
４０ｆ１ 小径部
４０ｆ２ 大径部
４０ｇ 第４の環状突起部
４０ｈ バルブシート配置溝
４０ｉ 環状流出溝
４０ｊ ダイヤフラム支持部
４０ｋ 環状上端面
４０ｐ 上段二次側流出孔
４０ｔ 下段凹部
５０ バルブシート
６０ 固定リング
６０ａ ネジ部
６０ｂ 内周面
６５ ピュアリング
７０ ダイヤフラム
８０ 押えアダプタ
９０ アクチュエータ
９１ ケーシング
９１ａ ネジ部
９１ｂ 下端部
９２ ダイヤフラム押え
１００ 流量制御装置
１１０ 流量制御バルブ
１２０，１３０ 圧力検出器
Ｇｐ 隙間
Ｐ１，Ｐ２ 圧力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【手続補正書】
【提出日】2023-05-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0022】
ここで、上記所定量は、シールに必要な面圧から算出し、環状下端面４０ｄが段差面１３ｓ（図２参照）に当接したとき各環状突起部（１３ｐ，１３ｑ，２０ｃ，４０ｇ）がガスケット１５に上記所定量が食い込むように関係する各要素の寸法を設定している。
この算出方法の考え方について述べる。
まず下式１からシールに必要な締め付けトルク（軸力Ｆ）を算出する。
ここで、Fは必要軸力（単位N）、Gは接触面径（単位ｍｍ）、ｂはガスケット座の基本幅（単位ｍｍ）、ｙは最小締め付け圧力（単位N/mm2）である。
次いで、下式２を用い、必要軸力Ｐ（上記Ｆを式２のＰに代入する）からガスケット１５の歪み応力σを算出する。
ここで、Pは軸力（単位N）、Rは軸力を受ける中心半径（単位ｍｍ）、ａはシール部中心半径（単位ｍｍ）、σは応力（単位N/mm2）である。
次いで、下式３を用い、歪み応力σから歪み量ωを算出する。
ここで、ωは歪み量（単位ｍｍ）、ｔは板厚（単位ｍｍ）、νはポアソン比、Ｅは縦弾性係数（単位N/mm2）で、いずれもガスケット１５の値である。また、Ｄは式３の下側の式で定義した量である。
各環状突起部（１３ｐ，１３ｑ，２０ｃ，４０ｇ）がガスケット１５に食い込む上記所定量をこの歪み量ωとすることにより、シールに必要な面圧を得ることができる。なお、この第４の環状突起部４０ｇとオリフィスベース２０の第３の環状突起部２０ｃは、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、頂部の曲率半径が等しく形成されている。この構成により、第３の環状突起部２０ｃ及び第４の環状突起部４０ｇのそれぞれの頂部は、同程度の面圧でガスケット１５に所定量が食い込むので、シールに必要な締め付け力が同程度になり、過大な締め付け力を加える必要がなくなる。
この算出方法の考え方について述べる。
まず下式１からシールに必要な締め付けトルク（軸力Ｆ）を算出する。
【数1】
次いで、下式２を用い、必要軸力Ｐ（上記Ｆを式２のＰに代入する）からガスケット１５の歪み応力σを算出する。
【数2】
次いで、下式３を用い、歪み応力σから歪み量ωを算出する。
【数3】
各環状突起部（１３ｐ，１３ｑ，２０ｃ，４０ｇ）がガスケット１５に食い込む上記所定量をこの歪み量ωとすることにより、シールに必要な面圧を得ることができる。なお、この第４の環状突起部４０ｇとオリフィスベース２０の第３の環状突起部２０ｃは、断面視で少なくとも頂部が丸められた形状を有し、頂部の曲率半径が等しく形成されている。この構成により、第３の環状突起部２０ｃ及び第４の環状突起部４０ｇのそれぞれの頂部は、同程度の面圧でガスケット１５に所定量が食い込むので、シールに必要な締め付け力が同程度になり、過大な締め付け力を加える必要がなくなる。