特開 2025-42727 電磁弁

(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】P2025042727

(43)【公開日】2025-03-28

(54)【発明の名称】電磁弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20250321BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 305E

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023149830

(22)【出願日】2023-09-15

(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】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 守

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 祐之

(72)【発明者】

【氏名】小林 弘典

【テーマコード（参考）】

3H106

【Ｆターム（参考）】

3H106DA05

3H106DB02

3H106DB22

3H106DB32

3H106DB39

3H106DC02

3H106DD02

3H106EE27

3H106EE35

3H106EE48

(57)【要約】

【課題】流体流量を正確に制御することができ、且つ、コアの素材が制限されない電磁弁を提供する。
【解決手段】電磁弁１０は、流体流入流路２０ａ及び流体流出流路２０ｂが形成された流路ブロック２０と、流体流入流路２０ａと流体流出流路２０ｂとの一方を開閉するプランジャ３０と、プランジャ３０を挟んで流路ブロック２０とは反対側に設けられ、プランジャ３０が収容される収容室４０を外部空間から隔離するダイヤフラム５０と、外部空間においてダイヤフラム５０を挟んでプランジャ３０とは反対側に設けられた固定コア６０と、固定コア６０の径方向外側に設けられたコイル７０と、固定コア６０及びコイル７０を収容するケース８０と、を備え、ダイヤフラム５０と固定コア６０とが接着剤９５で固定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体流入流路及び流体流出流路が形成された流路ブロックと、
前記流体流入流路と前記流体流出流路との一方を開閉するプランジャと、
前記プランジャを挟んで前記流路ブロックとは反対側に設けられ、前記プランジャが収容される収容室を外部空間から隔離するダイヤフラムと、
前記外部空間において前記ダイヤフラムを挟んで前記プランジャとは反対側に設けられた固定コアと、
前記固定コアの径方向外側に設けられたコイルと、
前記固定コア及び前記コイルを収容するケースと、
を備え、
前記ダイヤフラムと前記固定コアとが接着剤で固定されている、
電磁弁。

【請求項2】

請求項１に記載の電磁弁であって、
前記接着剤は、磁性接着剤である、
電磁弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁弁に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、流入口及び流出口が形成されたベースと、流出口を閉鎖可能な弁頭と、弁頭を取り囲んで内部空間を形成するダイヤフラムと、ケースに保持されたコアと、コアを囲繞するソレノイドと、を有し、コアがダイヤフラムを貫通し、その先端が弁頭に対向している電磁弁が開示されている。

【0003】

上記電磁弁は、コアがダイヤフラムを貫通して弁頭に対向しているので、弁頭のストロークは、コアの先端と弁頭の間隙によってのみ定まる。従って、半導体製造工程のようにダイヤフラムの内外で圧力差が生じるような用途に使用した場合において、仮にダイヤフラムが変形したときでも、弁頭のストロークが変わることはなく、流体流量を正確に制御することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－２８７３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記電磁弁は、コアがダイヤフラムを貫通しているので、電磁弁を流れる流体とコアとが接触する。よって、流体流量を正確に制御することができるものの、コアの素材が、流体に対応可能な素材に制限されるという問題がある。

【0006】

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、流体流量を正確に制御することができ、且つ、コアの素材が制限されない電磁弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様によれば、流体流入流路及び流体流出流路が形成された流路ブロックと、前記流体流入流路と前記流体流出流路との一方を開閉するプランジャと、前記プランジャを挟んで前記流路ブロックとは反対側に設けられ、前記プランジャが収容される収容室を外部空間から隔離するダイヤフラムと、前記外部空間において前記ダイヤフラムを挟んで前記プランジャとは反対側に設けられた固定コアと、前記固定コアの径方向外側に設けられたコイルと、前記固定コア及び前記コイルを収容するケースと、を備え、前記ダイヤフラムと前記固定コアとが接着剤で固定されている、電磁弁が提供される。

【発明の効果】

【0008】

上記態様によれば、ダイヤフラムと固定コアとが接着剤で固定されるので、収容室の内外で圧力差が生じた場合でも、固定コアの剛性によってダイヤフラムの変形が抑制される。よって、プランジャのストロークを一定にできるので、流体流量を正確に制御することができる。また、固定コアは外部空間に設けられるので、収容室を流れる流体と接触しない。よって、流体の種類によって固定コアの素材が制限されることを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る電磁弁の概略断面図である。

【図2】図２は、電磁弁の要部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係る電磁弁１０について説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る電磁弁１０の概略断面図である。図２は、電磁弁１０の要部の拡大図である。図１、図２における上下方向が、電磁弁１０の軸方向（以下、単に軸方向という。）である。

【0012】

本実施形態に係る電磁弁１０は、例えば、半導体の製造に用いられる流体制御装置に設けられる。流体は、例えば、プロセスガス等である。

【0013】

図１に示すように、電磁弁１０は、流体流入流路２０ａ及び流体流出流路２０ｂが形成された流路ブロック２０と、流体流出流路２０ｂを開閉するプランジャ３０と、プランジャ３０を挟んで流路ブロック２０とは反対側に設けられ、プランジャ３０が収容される収容室４０（図２参照）を外部空間から隔離するダイヤフラム５０と、外部空間においてダイヤフラム５０を挟んでプランジャ３０とは反対側に設けられた固定コア６０と、固定コア６０の径方向外側に設けられたコイル７０と、固定コア６０及びコイル７０を収容するケース８０と、を備える。流体流入流路２０ａ、流体流出流路２０ｂ、及び収容室４０は、流体の流路を構成する。

【0014】

図１、図２に示すように、流路ブロック２０は、流体流入流路２０ａと、流体流出流路２０ｂと、流体流出流路２０ｂの一端の周縁に形成された円環状の弁座２０ｃと、弁座２０ｃの周囲に形成された円環状の環状溝２０ｄと、環状溝２０ｄの周囲に形成された円環状の載置部２０ｅと、を有する。流体流入流路２０ａの一端は、環状溝２０ｄの底部に開口している。

【0015】

プランジャ３０は、弁座２０ｃに着座した状態では、流体流出流路２０ｂの一端を閉鎖する。これにより、流体流入流路２０ａと流体流出流路２０ｂとの連通が遮断される。プランジャ３０は、弁座２０ｃから離座した状態では、流体流出流路２０ｂの一端を開放する。これにより、流体流入流路２０ａと流体流出流路２０ｂとの連通が許容される。

【0016】

プランジャ３０は、流路ブロック２０側の面に円形の段部３０ａを有する。段部３０ａは、弁座２０ｃよりも直径が大きく、その外周に環状のディスクスプリング３１が圧入固定されている。

【0017】

載置部２０ｅには、ディスクスプリング３１、環状のダイヤフラムボディ５１、円盤状のダイヤフラム５０、環状のサポートリング５２、環状の第１スラストプレート５３、環状の第２スラストプレート５４、がこの順に積層されており、ナット９０によって流路ブロック２０に締結固定されている。

【0018】

具体的には、ナット９０は、保持部９０ａと雌ねじ９０ｂとを有し、流路ブロック２０は、雄ねじ２０ｆを有し、雄ねじ２０ｆと雌ねじ９０ｂとを螺合させてナット９０を流路ブロック２０に締結する。これにより、保持部９０ａと載置部２０ｅとの間に、ディスクスプリング３１、ダイヤフラムボディ５１、ダイヤフラム５０、サポートリング５２、第１スラストプレート５３、及び第２スラストプレート５４が保持される。

【0019】

ダイヤフラムボディ５１は、軸方向においてプランジャ３０とダイヤフラム５０との間に隙間が形成されるように、軸方向の寸法が設定されている。当該隙間を含む空間が、プランジャ３０を収容する収容室４０である。隙間は、例えば、０．０５［ｍｍ］～０．２［ｍｍ］程度である。

【0020】

ダイヤフラムボディ５１、ダイヤフラム５０、及びサポートリング５２は、予め外周部が溶接固定されて一体化されている。また、ディスクスプリング３１の径方向外側であって、流路ブロック２０とダイヤフラムボディ５１との間には、環状のガスケット５５が設けられる。ガスケット５５は、流路ブロック２０とダイヤフラムボディ５１との間を封止する。これにより、収容室４０が外部空間から遮断される。

【0021】

なお、ディスクスプリング３１には複数の通孔３１ａが形成されており、流体流入流路２０ａと収容室４０との間で圧力差が生じないようになっている。

【0022】

第１スラストプレート５３及び第２スラストプレート５４は、ナット９０によって締結される他の構成部品（ダイヤフラムボディ５１等）よりも摩擦係数が小さい。そのため、ナット９０を締結する際に、第１スラストプレート５３と第２スラストプレート５４との間で滑りが発生しやすくなっている。第１スラストプレート５３と第２スラストプレート５４とは、同じ部品であってもよい。

【0023】

これにより、流路ブロック２０とガスケット５５との間、ガスケット５５とダイヤフラムボディ５１との間、等で滑りが発生することが抑制される。すなわち、ナット９０を締結する際に、ガスケット５５やダイヤフラムボディ５１等に滑りが発生して削れてしまうことを抑制できるので、コンタミネーションの発生を抑制できる。また、部材同士の共回りを防止することができる。

【0024】

固定コア６０は、軸方向において、ダイヤフラム５０を挟んでプランジャ３０とは反対側に設けられる。すなわち、固定コア６０は、収容室４０から隔てられた外部空間に位置する。固定コア６０は、ダイヤフラム５０に接着剤９５で接着固定されている。

【0025】

コイル７０は、ボビン７０ａに銅線（図示せず）を巻き回して構成され、固定コア６０の径方向外側に配設される。

【0026】

ケース８０は、固定コア６０及びコイル７０をその内側に収容し、ボルト（図示せず）で流路ブロック２０に締結固定される。

【0027】

ケース８０には、コイル７０に電流を供給するための電気配線部８１が設けられている。

【0028】

本実施形態の電磁弁１０は以上のように構成され、コイル７０に電流を供給すると、コイル７０で発生した磁力線が、固定コア６０、ダイヤフラム５０、プランジャ３０、ダイヤフラムボディ５１、ナット９０、ケース８０の順に通り、磁力線のループが形成される。なお、固定コア６０、プランジャ３０、ダイヤフラムボディ５１、ナット９０、ケース８０は磁性体であり、ダイヤフラム５０は非磁性体である。

【0029】

プランジャ３０に磁力が働くと、プランジャ３０が、ダイヤフラム５０を介して固定コア６０側に吸着されて弁座２０ｃから離座し、ディスクスプリング３１のばね力とバランスする位置まで上昇する。これにより、流体の流量が電流に応じた流量に制御される。そして、プランジャ３０がダイヤフラム５０に当接した状態が、流体の流量が最大となる状態（最大流量に制御された状態）である。

【0030】

コイル７０への電流の供給を停止すると、ディスクスプリング３１のばね力によってプランジャ３０が弁座２０ｃに着座し、流体流出流路２０ｂが閉鎖される。

【0031】

ここで、半導体の製造に用いられる流体制御装置は、系内を負圧にすることがある。そのため、電磁弁においては、ダイヤフラムによって覆われる空間（プランジャの収容室）が負圧になると、内外圧力差によってダイヤフラムが収容室側に歪むおそれがある。ダイヤフラムが収容室側に歪むと、ダイヤフラムとプランジャとの隙間が小さくなってプランジャの可動域が減少してしまうので、電磁弁の最大流量を狙い通りに制御することができなくなる。

【0032】

これに対して、ダイヤフラムの厚みを増やしてダイヤフラムが変形し難くすることや、固定コアがダイヤフラムを貫通した構造とすることが考えられる。しかしながら、ダイヤフラム自体は非磁性体のため、ダイヤフラムの厚みを増やした場合は、磁気抵抗が増えてプランジャの吸引力が弱くなってしまう。また、固定コアがダイヤフラムを貫通する構造では、電磁弁を流れる流体と固定コアとが接触するので、固定コアの素材が、流体に対応可能な素材に制限されてしまう。

【0033】

この点、本実施形態では、ダイヤフラム５０と固定コア６０とが接着剤９５で固定されるので、収容室４０の内外で圧力差が生じた場合でも、固定コア６０の剛性によってダイヤフラム５０の変形が抑制される。よって、プランジャ３０のストローク（最大ストローク）を一定にできるので、流体流量（最大流量）を正確に制御することができる。また、固定コア６０は外部空間に設けられるので、収容室４０を流れる流体と接触しない。よって、流体の種類によって固定コア６０の素材が制限されることを回避できる。

【0034】

接着剤９５は、磁性接着剤とすることが好ましい。磁性接着剤としては、例えば、Ｎｉフィラー入りの接着剤が挙げられる。

【0035】

接着剤９５を磁性接着剤とした場合は、ダイヤフラム５０と固定コア６０との間の空間を磁性体で埋めることができるので、より安定した磁気特性が得られる。

【0036】

ところで、本実施形態では、以上説明したように、ケース８０と固定コア６０とを別体とし、固定コア６０とダイヤフラム５０とを接着剤９５で接着固定している。しかしながら、電磁弁１０の構造としては、ケース８０と固定コア６０とを一体部品として形成することも考えられる。

【0037】

しかしながら、ケース８０と固定コア６０とを一体部品とした場合は、軸方向の寸法ばらつきによって、ダイヤフラム５０と固定コア６０との隙間が大きくなる可能性がある。この場合は、磁気抵抗が増えてプランジャ３０の吸引力が弱くなってしまう。

【0038】

また、ケース８０と固定コア６０とを一体部品とした場合は、軸方向の寸法ばらつきによって、固定コア６０がダイヤフラム５０をプランジャ３０側に押し出してしまう可能性がある。この場合は、ダイヤフラム５０とプランジャ３０との隙間が小さくなってプランジャ３０の可動域が減少してしまう。

【0039】

この点、本実施形態の電磁弁１０は、固定コア６０とケース８０とを別体としているので、ケース８０と固定コア６０とを一体部品とした場合に発生し得る上記の問題が発生しない。また、ケース８０と固定コア６０とを一体部品とした場合よりも、各部品の寸法ばらつきを許容可能となっている。

【0040】

続いて、電磁弁１０の組立方法について説明する。

【0041】

第１工程では、ガスケット５５、プランジャ３０、及びディスクスプリング３１を流路ブロック２０の上に配置する。なお、プランジャ３０とディスクスプリング３１とは、予め圧入固定されている。

【0042】

第２工程では、ダイヤフラムボディ５１、ダイヤフラム５０、サポートリング５２、第１スラストプレート５３、及び第２スラストプレート５４をガスケット５５の上に配置する。なお、ダイヤフラムボディ５１、ダイヤフラム５０、及びサポートリング５２は、予め溶接固定されている。

【0043】

第３工程では、ナット９０と流路ブロック２０とを締結する。

【0044】

第４工程では、ダイヤフラム５０の上面に接着剤９５を注入する。

【0045】

第５工程では、固定コア６０をダイヤフラム５０の上に配置する。

【0046】

第６工程では、コイル７０及びケース８０をナット９０の上に配置し、ボルト（図示せず）で流路ブロック２０に締結固定する。

【0047】

接着剤９５が乾く前に固定コア６０をダイヤフラム５０の上に配置して固定できればよいので、第４工程と第５工程の順序は逆であってもよい。

【0048】

また、ダイヤフラム５０と固定コア６０との隙間に接着剤９５が介在してもよいし、介在しなくてもよい。固定コア６０の周縁部とダイヤフラム５０の上面部が接着剤９５によって接着され、固定されてもよい。

【0049】

以下、本発明の実施形態に係る電磁弁１０の主な作用効果についてまとめて説明する。

【0050】

電磁弁１０は、流体流入流路２０ａ及び流体流出流路２０ｂが形成された流路ブロック２０と、流体流出流路２０ｂを開閉するプランジャ３０と、プランジャ３０を挟んで流路ブロック２０とは反対側に設けられ、プランジャ３０が収容される収容室４０を外部空間から隔離するダイヤフラム５０と、外部空間においてダイヤフラム５０を挟んでプランジャ３０とは反対側に設けられた固定コア６０と、固定コア６０の径方向外側に設けられたコイル７０と、固定コア６０及びコイル７０を収容するケース８０と、を備え、ダイヤフラム５０と固定コア６０とが接着剤９５で固定されている。

【0051】

これによれば、ダイヤフラム５０と固定コア６０とが接着剤９５で固定されるので、収容室４０の内外で圧力差が生じた場合でも、固定コア６０の剛性によってダイヤフラム５０の変形が抑制される。よって、プランジャ３０のストローク（最大ストローク）を一定にできるので、流体流量（最大流量）を正確に制御することができる。また、固定コア６０は外部空間に設けられるので、収容室４０を流れる流体と接触しない。よって、流体の種類によって固定コア６０の素材が制限されることを回避できる。

【0052】

接着剤９５は、磁性接着剤であってもよい。

【0053】

接着剤９５を磁性接着剤とした場合は、ダイヤフラム５０と固定コア６０との間の空間を磁性体で埋めることができるので、より安定した磁気特性が得られる。

【0054】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0055】

例えば、上記実施形態の電磁弁１０は、プランジャ３０が流体流出流路２０ｂを開閉するように構成されている。しかしながら、プランジャ３０が流体流入流路２０ａを開閉するように構成してもよい。

【0056】

また、上記実施形態の電磁弁１０は、流体流入流路２０ａが環状溝２０ｄに開口し、流体流出流路２０ｂが弁座２０ｃの内側に開口するように構成されている。しかしながら、流体流出流路２０ｂが環状溝２０ｄに開口し、流体流入流路２０ａが弁座２０ｃの内側に開口するように構成してもよい。

【符号の説明】

【0057】

１０ 電磁弁
２０ 流路ブロック
２０ａ 流体流入流路
２０ｂ 流体流出流路
３０ プランジャ
４０ 収容室
５０ ダイヤフラム
６０ 固定コア
７０ コイル
８０ ケース
９５ 接着剤

【図1】

【図2】