特許 7133945 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-01

(45)【発行日】2022-09-09

(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 1/32 20060101AFI20220902BHJP

   F16K 1/00 20060101ALI20220902BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20220902BHJP

【ＦＩ】

F16K1/32 A

F16K1/00 E

F16K1/32 B

F16K37/00 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018037138

(22)【出願日】2018-03-02

(65)【公開番号】P2019152256

(43)【公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-02-16

(73)【特許権者】

【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】100129702

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 喜永

(72)【発明者】

【氏名】安田 忠弘

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２６９５３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０９０３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１１７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６９８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５０８０７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １／００－１／５４

７／００－７／２０

１３／００－１３／１０

１７／１８－１７／３４

２５／００－２５／０４

２９／００－２９／０２

３１／１２－３１／１６５

３１／３６－３１／６２

３３／００

３７／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁座に対して接離方向へ移動できるように設置された弁体をアクチュエータによって移動させる流体制御弁であって、
前記弁体と前記アクチュエータとの間に介在し、前記アクチュエータの動力を前記弁体に伝達するプランジャと、
前記プランジャの周面に接続されたダイアフラムとを具備し、
前記プランジャが、
前記ダイアフラムに接続された第１分割体と、
前記第１分割体よりも前記アクチュエータ側に配置されると共に、ネジ部材がネジ止めされる第２分割体とを備え、
前記プランジャが、前記第１分割体及び前記第２分割体を含む複数の分割体に分割されており、
前記第２分割体が、当該第２分割体に隣接する他の分割体と連結するものであり、
前記第２分割体又は前記他の分割体のいずれか一方に連結凸部が設けられていると共に、他方に当該連結凸部が連結される連結凹部が設けられており、
前記連結凸部及び前記連結凹部の間に、前記連結凸部の径方向外側に位置する隙間が形成されており、
前記第２分割体が、前記第１分割体に対し、その周方向へ回転できるように構成されており、
前記連結凸部の径方向外側に位置する前記隙間が、前記ネジ部材の回転により生じる周方向に沿った力である回転力を前記ダイアフラムに伝えることなく、前記ネジ部材を回転させる機能を発揮することを特徴とする流体制御弁。

【請求項2】

前記弁座に対する前記弁体の位置を示す出力値を出力する位置センサをさらに具備している請求項１記載の流体制御弁。

【請求項3】

前記位置センサが、
前記弁座との位置が変化しないように固定される第１センサ部と、
前記第２分割体に対して前記ネジ部材を介して固定される第２センサ部とを備え、
前記第１センサ部及び前記第２センサ部の相対位置に基づき前記出力値を出力するものである請求項２記載の流体制御弁。

【請求項4】

前記第２分割体を前記アクチュエータ側へ押圧する弾性体をさらに具備し、
前記弾性体が、前記ダイアフラムが前記弁体側へ撓むように前記プランジャが移動した状態において、前記第２分割体を押圧するように構成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の流体制御弁。

【請求項5】

前記第２分割体が、前記第１分割体に対し、前記プランジャの軸方向へ所定距離スライドできるように構成されている請求項４記載の流体制御弁。

【請求項6】

前記連結凸部の外周面又は前記連結凹部の内周面のいずれか一方に嵌合片が設けられていると共に、他方に当該嵌合片が嵌り込む嵌合溝が設けられており、
前記嵌合片及び前記嵌合溝の少なくとも一方が前記プランジャの周方向に周回するように形成されており、
前記連結凸部及び前記連結凹部を連結し、前記嵌合片及び前記嵌合溝を嵌め合わせた状態で、前記第２分割体が、前記他方の分割体に設けられた前記嵌合片又は前記嵌合溝に沿って回転するように構成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の流体制御弁。

【請求項7】

前記嵌合溝の前記プランジャの軸方向に対する幅が、前記嵌合片の前記プランジャの軸方向に対する幅よりも所定距離長くなっており、
前記連結凸部及び前記連結凹部を連結し、前記嵌合片及び前記嵌合溝を嵌め合わせた状態で、前記第２分割体が、前記他方の分割体に設けられた前記嵌合片又は前記嵌合溝に沿って前記所定距離スライドするように構成されている請求項６記載の流体制御弁。

【請求項8】

前記請求項１乃至７のいずれかに記載の流体制御弁を備えた流体制御装置。

【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】

従来から流体制御装置（所謂マスフローコントローラ）に用いられる流体制御弁として、弁座と、弁座に対して接離方向へ移動する弁体と、弁体を移動させるアクチュエータと、弁体とアクチュエータとの間に介在し、アクチュエータの動力を弁体に伝達するプランジャと、弁体が収容される弁室の少なくとも一部を構成し、プランジャの周面に接続されるダイアフラムと、を具備するものがある。

【0003】

前記従来の流体制御弁においては、その設計上の都合等からプランジャに対してネジ部材がネジ止めされる場合があり、例えば、特許文献１には、位置センサを構成するターゲット部材をプランジャに対してネジ部材によってネジ止めした構造のものが開示されている。

【0004】

ところが、前記のとおり、プランジャには、薄膜状のダイアフラムが接続されており、プランジャにネジ部材を締め付ける際に、その力がダイアフラムに伝わり、ダイアフラムに歪みが生じてしまうことがあった。なお、このダイアフラムの歪みは、組立時におけるネジ部材の締め付け具合によって変化するため、製品の再現性が悪くなり、製品毎に流量制御のバラつきが生じる原因となる。

【0005】

また、前記従来の流体制御弁においては、プランジャ全体がダイアフラムの復元力に依存してアクチュエータ側へ移動する。このため、ダイアフラムに対する負担が大きくなってダイアフラムが損傷する原因となり、また、流体制御弁の応答性が遅くなる原因となっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－３５７１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで、本発明は、プランジャに対してネジ部材をネジ止めする構造の流体制御弁において、組立時にダイアフラムに歪みが生じ難くすることを主な課題とするものである。また、本発明は、プランジャがアクチュエータ側へ移動する際に生じるダイアフラムへの負担が軽減される構造の流体制御弁を提供することも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、弁座に対して接離方向へ移動できるように設置された弁体をアクチュエータによって移動させる流体制御弁であって、前記弁体と前記アクチュエータとの間に介在し、前記アクチュエータの動力を前記弁体に伝達するプランジャと、前記プランジャの周面に接続されたダイアフラムとを具備し、前記プランジャが、前記ダイアフラムに接続された第１分割体と、前記第１分割体よりも前記アクチュエータ側に配置されると共に、ネジ部材がネジ止めされる第２分割体とを備え、前記第２分割体が、前記第１分割体に対し、その周方向へ回転できるように構成されていることを特徴とするものである。

【0009】

このようなものであれば、第２分割体にネジ部材を締め付ける場合や、第２分割体からネジ部材を緩める場合に、第２分割体が第１分割体に対してその周方向に回転するため、ネジ部材の回転によって生じる力が、ダイアフラムに直接的に伝達されなくなり、ダイアフラムに歪みが生じることを抑制できる。

【0010】

なお、プランジャをダイアフラム及びアクチュエータの間の二カ所以上で分割した場合、言い換えれば、プランジャをダイアフラム及びアクチュエータの間で三分割以上に分割した場合には、第２分割体は、必ずしも第１分割体に隣接して配置される分割体である必要はなく、第１分割体と１以上の分割体を挟んで配置される分割体であってもよい。

【0011】

また、前記弁座に対する前記弁体の位置を示す出力値を出力する位置センサをさらに具備しているものであってもよく、この場合、前記位置センサが、前記弁座との位置が変化しないように固定される第１センサ部と、前記プランジャに対して前記ネジ部材を介して固定される第２センサ部とを備え、前記第１センサ部及び前記第２センサ部の相対位置に基づき前記出力値を出力するものであってもよい。

【0012】

このようなものであれば、位置センサをプランジャに対して位置ズレが生じないように強固に固定することができ、位置センサの精度を向上させることができる。

【0013】

また、前記第２分割体を前記アクチュエータ側へ押圧する弾性体をさらに具備し、前記弾性体が、前記ダイアフラムが前記弁体側へ撓むように前記プランジャが移動した状態において、前記第２分割体を押圧するように構成されているものであってもよい。

【0014】

このようなものであれば、プランジャがアクチュエータ側に移動する場合に、第２分割体のアクチュエータ側への移動が弾性体によって補助され、これにより、プランジャ全体をダイアフラムの復元力によってアクチュエータ側へ移動させる必要がなくなる。よって、ダイアフラムに対する負担が軽減し、結果として、ダイアフラムの損傷を抑制できる。

【0015】

また、前記第２分割体が、前記第１分割体に対し、前記プランジャの軸方向へ所定距離スライドできるように構成されているものであってもよい。

【0016】

このようなものであれば、第２分割体が弾性体によってアクチュエータ側へ移動する場合に、その力が第１分割体に対する第２分割体のスライド動作によって吸収され、ダイアフラムに直接的に伝達され難くなる。その結果、ダイアフラムの損傷が抑制される。

【0017】

また、具体的な構成としては、前記プランジャが、前記第１分割体及び前記第２分割体を含む複数の分割体に分割されており、前記第２分割体が、当該第２分割体に隣接する他の分割体と連結するものであり、前記第２分割体又は前記他の分割体のいずれか一方に連結凸部が設けられていると共に、他方に当該連結凸部が連結される連結凹部が設けられており、前記連結凸部の外周面又は前記連結凹部の内周面のいずれか一方に嵌合片が設けられていると共に、他方に当該嵌合片が嵌り込む嵌合溝が設けられており、前記嵌合片及び前記嵌合溝の少なくとも一方が前記プランジャの周方向に周回するように形成されており、前記連結凸部及び前記連結凹部を連結し、前記嵌合片及び前記嵌合溝を嵌め合わせた状態で、前記第２分割体が、前記他方の分割体に設けられた前記嵌合片又は前記嵌合溝に沿って回転するように構成されているものであってもよく、この場合、前記嵌合溝の前記プランジャの軸方向に対する幅が、前記嵌合片の前記プランジャの軸方向に対する幅よりも所定距離長くなっており、前記連結凸部及び前記連結凹部を連結し、前記嵌合片及び前記嵌合溝を嵌め合わせた状態で、前記第２分割体が、前記他方の分割体に設けられた前記嵌合片又は前記嵌合溝に沿って前記所定距離スライドするように構成されているものであってもよい。

【0018】

また、本発明は、前記いずれかの流体体制御弁を備えた流体制御装置である。

【発明の効果】

【0019】

このように構成した流体制御弁によれば、プランジャに対してネジ部材をネジ止めする構造の流体制御弁において、組立時にダイアフラムに歪みが生じ難くなって製品の再現性が向上し、これにより、製品毎の流量制御のバラつきも抑制できる。また、プランジャがアクチュエータ側へ移動する際に生じるダイアフラムへの負担が軽減され、ダイアフラムの損傷を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態１に係る流体制御装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】実施形態１に係る流体制御弁の構成を示す部分模式図である。

【図3】実施形態１に係る流体制御弁を構成する一部の部品を分解した状態を示す断面斜視図である。

【図4】実施形態１に係る流体制御弁を構成するプランジャの一部を示す拡大模式図である。

【図5】その他の実施形態に係るプランジャを示す模式図である。

【図6】その他の実施形態に係る流体制御弁の弁体近傍を示す拡大模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明に係る流体制御弁及びその流体制御弁を用いた流体制御装置を図面に基づいて説明する。

【0022】

本発明に係る流体制御装置は、半導体製造プロセスに使用される所謂マスフローコントローラである。なお、本発明に係る流体制御装置は、半導体制御プロセスだけでなく、その他のプロセスにおいても使用することができる。

【0023】

＜実施形態１＞ 本実施形態に係る流体制御装置ＭＦＣは、図１に示すように、圧力式のものである。具体的には、流体制御装置ＭＦＣは、その内部に流路Ｌが設けられたブロック体Ｂと、ブロック体Ｂに設置される流体制御弁Ｖと、ブロック体Ｂの流体制御弁Ｖよりも下流側に設置される一対の圧力センサＰＳ１，ＰＳ２と、一対の圧力センサＰＳ１，ＰＳ２で測定される圧力値に基づき算出される流路Ｌの流量値が予め定められた目標値に近づくように流体制御弁Ｖをフィードバック制御する制御部Ｃと、を備えている。

【0024】

前記ブロック体Ｂは、矩形状のものであり、その所定面に流体制御弁Ｖ及び一対の圧力センサＰＳ１，ＰＳ２が設置されている。また、ブロック体Ｂには、その所定面に流体制御弁Ｖを設置するための凹状の収容部Ｂ１が設けられており、その収容部Ｂ１によって流路Ｌが上流側流路Ｌ１と下流側流路Ｌ２とに分断されている。そして、収容部Ｂ１には、その底面に上流側流路Ｌ１の一端が開口していると共に、その側面に下流側流路Ｌ２の一端が開口している。

【0025】

前記一対の圧力センサＰＳ１，ＰＳ２は、流路Ｌにおける層流素子Ｓ１の上流側と下流側にそれぞれ接続されており、いずれも一対の設けられた第１圧力センサＰＳ１と、第２圧力センサＰＳ２と、第１圧力センサＰＳ１と第２圧力センサＰＳ２の出力に基づいて流量を算出する流量算出部Ｓ２に接続されている。一対の圧力センサＰＳ１，ＰＳ２は、ブロック体Ｂの所定面に対して流体制御弁Ｖと共に一列に並べて取り付けてある。

【0026】

前記流体制御弁Ｖは、所謂ノーマルオープンタイプのものである。具体的には、流体制御弁Ｖは、ブロック体Ｂの収容部Ｂ１に嵌め込まれる弁座１０と、弁座１０に対して接離方向へ移動できるように設置された弁体２０と、弁体２０を移動させるアクチュエータ３０と、弁体２０とアクチュエータ３０との間に介在し、アクチュエータ３０の動力を弁体２０に伝達するプランジャ４０と、アクチュエータ３０とプランジャ４０との間に介在し、プランジャ４０をアクチュエータ３０に接続する接続機構５０と、弁体２０を収容する弁室ＶＲの一部を構成し、プランジャ４０と一体的に接続された薄膜状のダイアフラム６０と、プランジャ４０に設置され、弁座１０に対する弁体２０の位置を示す出力値を出力する位置センサ７０と、を備えている。

【0027】

また、前記流体制御弁Ｖは、アクチュエータ３０及びプランジャ４０を内部空間に収容し、ブロック体Ｂの所定面に設置される略筒状の筐体８０を備えている。筐体８０は、組立を考慮して複数の部品に分割されており、各部品は、ネジ止め或いはカシメ等によって連結される。なお、筐体８０には、その一端側に内部空間をダイアフラム６０によって仕切って形成された凹部８１が設けられている。そして、ブロック体Ｂの収容部Ｂ１に弁座１０を嵌め込んだ状態で、その収容部Ｂ１を塞ぐように筐体８０の一端を所定面に密着させることにより、その一端側に設けられた凹部８１によって弁室ＶＲが形成されるように構成されている。よって、弁室ＶＲは、その内面の一部、具体的には、弁座１０と対向する面がダイアフラム６０で構成される。そして、流体制御弁Ｖは、このダイアフラム６０の撓みを利用し、弁室ＶＲの気密性を保持しながら、アクチュエータ３０の動力をプランジャ４０を介して弁体２０に伝達するようになっている。

【0028】

次に、本実施形態に係る流体制御弁Ｖの構成する各部材を図２～図４に基づき詳細に説明する。なお、図３は、流体制御弁Ｖを構成する部品、特に、プランジャ４０や弁体１０及びその周辺を構成する部品のみを図示している。

【0029】

前記弁座１０は、ブロック体Ｂの収容部Ｂ１に嵌り込むブロック状のものである。そして、弁座１０は、ブロック体Ｂの収容部Ｂ１に嵌め込んだ状態で、そのブロック体Ｂの所定面と同一方向を向く面が弁座面１１となっており、その弁座面１１が弁室ＶＲの内面の一部を構成している。また、弁座１０の内部には、上流側流路Ｌ１と連通する第１流路ｌ１と下流側流路Ｌ２と連通する複数の第２流路ｌ２とが設けられている。

【0030】

前記第１流路ｌ１は、その一端が弁座面１１の中央に開口していると共に、その他端が収容部Ｂ１の底面と対向する面に開口している。また、前記第２流路ｌ２は、その一端が弁座面１１の中央を中心とした同心円上に開口していると共に、その他端が収容部Ｂ１の内側面と対向する外側面に開口している。そして、弁座１０の外側面は、段状になっており、弁座面１１側が収容部Ｂ１の内側面と密着するようになっていると共に、弁座面１１と反対面側が収容部Ｂ１の内側面と隙間１２を空けて対向するようになっている。これにより、ブロック体Ｂの収容部Ｂ１に弁座１０を嵌め込んだ状態で、第１流路Ｌ１が上流側流路ｌ１と連通すると共に、第２流路Ｌ２が隙間１２を介して下流側流路ｌ２と連通するようになっている。

【0031】

前記弁座面１１には、その中央を中心として同心円状に複数の導通溝１３が形成されている。そして、各流通溝１３には、第２流路ｌ２へと連通する複数の導通孔１４が等間隔に配置されている。これにより、弁室ＶＲ内に滞留する流体が偏りなく第２流路ｌ２へ導出されるようになっている。

【0032】

前記弁体２０は、弁座面１１と対向する平坦な着座面２１を有する薄板状のものである。そして、弁体２０には、着座面２１と反対側の面であるダイアフラム６０と対向する面に曲面状（具体的には、球面状）の傾斜抑制突起２２が設けられている。なお、傾斜抑制突起２２は、ダイアフラム６０に接続されるプランジャ４０と対向するように設けられている。また、弁体２０は、弁座面１１に対し、その弁座面１１に設置された支持リング２３上に載置されるリング状の板バネ２４を介して支持されている。これにより、弁体２０は、弁座１０側に対する押圧力に対して板バネ２４によって反発するようになっている。

【0033】

前記アクチュエータ３０は、ピエゾ素子を複数枚積層してなるピエゾスタック３１と、ピエゾスタック３１に対して電圧（又は電流）を印加するための端子３２（図１参照）と、を備えている。そして、アクチュエータ３０は、筐体８０の他端側に保持されており、端子３２を介して印加される電圧によってピエゾスタック３１が筐体８０の一端側に向かって伸長するように構成されている。

【0034】

前記プランジャ４０は、その一端側がダイアフラム６０と一体的に形成され、その他端側がアクチュエータ３０側へ伸びる棒状のものである。そして、プランジャ４０は、ダイアフラム６０とアクチュエータ３０との間で分割されており、ダイアフラム６０と接続される第１分割体４１と、第１分割体４１よりもアクチュエータ３０側に配置される第２分割体４２と、を備えている。

【0035】

前記第１分割体４１は、その弁体２０側の周面４１ｓにダイアフラム６０が一体的に形成されている。なお、周面４１ｓは、図３に示す周方向Ａに沿った面である。そして、第１分割体４１は、その弁体２０側の先端面が当該弁体２０の傾斜抑制突起２２と点接触するように構成されている。また、第１分割体４１は、そのアクチュエータ３０側に第２分割体４２と連結される連結凸部４１ｚが設けられている。

【0036】

前記第２分割体４２は、そのアクチュエータ３０側の周面にネジ溝４２ｘが形成されている。そして、第２分割体４２は、そのアクチュエータ３０側が接続機構５０を介してアクチュエータ３０に接続されている。具体的には、接続機構５０は、第２分割体４２のネジ溝４２ｘが嵌り込むネジ孔５１ｘを備えた略ナット状のネジ部材５１と、ネジ部材５１と嵌り合ってアクチュエータ３０と接触する接触部材５２と、を備えており、これらの部材５１，５２を介して第２分割体４２は、アクチュエータ３０に接続されている。また、第２分割体４２は、その弁体２０側に第１分割体４１と連結される連結凹部４２ｚが設けられている。

【0037】

なお、前記ネジ部材５１及び前記接触部材５２は、プランジャ４０の軸方向に対して交差する方向（直交する方向）へ互いに摺動できるように接続されている。これにより、前記各部材の製造や組立てによる誤差によって生じる前記軸方向と直交する方向への軸ズレを吸収できるようになっている。

【0038】

さらに、前記第２分割体４２には、その軸方向と直交する方向へ貫通する第１ピン孔４２ｙが形成されている。また、筐体８０にも、第１ピン孔４２ｙと対向する側面に第２ピン孔８０ｙが貫通している。そして、第１ピン孔４２ｙ及び第２ピン孔８０ｙにピン（図示せず）を差し込むことにより、筐体８０に対する第２分割体４２の周方向への回転を規制できるようになっている。

【0039】

また、前記第２分割体４２は、押圧機構９０によってアクチュエータ３０側に押圧される構造になっている。具体的には、押圧機構９０は、筐体８０内で位置ズレしないように保持された支持部材９１と、第１分割体４１が通され、支持部材９１に一端が支持される弾性体９２（例えば、コイルバネ）と、を備えている。そして、第２分割体４２は、プランジャ４０がアクチュエータ３０に押圧されて弁体２０側へ移動し、ダイアフラム６０が弁室ＶＲ側へ撓んだ状態になると、弾性体９２によってアクチュエータ３０側に押圧されるようになっている。

【0040】

次に、前記第１分割体４１及び前記第２分割体４２の連結構造について図４に基づき詳述する。

【0041】

前記第１分割体４１及び前記第２分割体４２は、連結凸部４１ｚ及び連結凹部４２ｚを介して互いに連結するように構成されている。前記連結凸部４１ｚは、断面Ｔ字状に形成されている。連結凸部４１ｚには、その外周面に嵌合片４１ａが設けられている。なお、嵌合片４１ａは、プランジャ４０の軸方向に伸びる軸を中心として回転対称となる形状になっており、これにより、プランジャ４０の周方向に周回する形状になっている。また、前記連結凹部４２ｘは、断面Ｔ字状に形成されており、一側面から当該一側面と反対面へ貫通している。連結凹部４２ｘには、その内周面に嵌合片４１ａが嵌り込む嵌合溝４２ａが設けられている。

【0042】

また、嵌合溝４２ａのプランジャ４０の軸方向に対する幅は、嵌合片４１ａの当該軸方向に対する幅よりも所定距離αだけ長くなっている。さらに、嵌合溝４２ａのプランジャ４０の軸方向と直交する方向に対する径は、嵌合片４１ａの当該直交する方向に対する径よりも所定距離βだけ長くなっている。

【0043】

前記第１分割体４１及び前記第２分割体４２は、連結凸部４１ａを連結凹部４２ａにスライドして嵌め込んで連結できるように構成されており、この時、嵌合片４１ａに嵌合溝４２ａが嵌り込んだ状態となる。そして、第２分割体４２は、嵌合片４１ａ及び嵌合溝４２ａの嵌め合わせにより、嵌合片４１ａに沿って嵌合溝４２ａを摺動させて、第２分割体４２の周方向（図３中、矢印Ａ方向）へフリー回転するように構成されている。言い換えれば、第２分割体４２は、第１分割体４１に対し、ネジ部材５１の締め方向及び緩め方向へ回転自在になっている。また、第２分割体４２は、嵌合片４１ａ及び嵌合溝４２ａの嵌め合わせにより、嵌合片４１ａに沿って嵌合溝４２ａをプランジャ４０の軸方向へ摺動させて所定距離αスライドするように構成されている。さらに、第２分割体４２は、嵌合片４１ａ及び嵌合溝４２ａの嵌め合わせにより、嵌合片４１ａに沿ってプランジャ４０の軸方向と直交する方向へ摺動させて所定距離βスライドできるように構成されている。

【0044】

前記ダイアフラム６０は、筐体８０の内部空間を仕切るように形成されており、弁室ＶＲの気密性を保持しながらプランジャ４０の動きを弁体２０に伝達する役割を果たすものである。

【0045】

前記位置センサ７０は、弁座１０の弁座面１１に対する弁体２０の着座面２１の位置を示す出力値を出力するものである。そして、位置センサ７０は、弁座１０の弁座面１１に対する相対位置が変化しないように筐体８０に固定された第１センサ部７１と、第２分割体４２に固定される第２センサ部７２と、を備えており、第１センサ部７１とそのターゲットとなる第２センサ部７２との相対位置（相対距離）に基づく値を前記出力値として出力するように構成されている。なお、第１センサ部７１は、筐体８０に支持された板バネ７３によって弁座１０側へ常時押圧されており、これにより、位置ズレを抑制している。また、第２センサ部７２は、第２分割体４２に対してネジ部材５１を介して位置ズレしないように固定されている。これにより、位置センサ７０を構成する各部材の位置が固定され、位置センサ７０による検出精度が向上する。

【0046】

前記制御部Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ等を備えた所謂コンピュータを有し、前記メモリに格納されているプログラムが実行され、各種機器が協働することによって前記各機能が実現されるようにしてある。具体的には、流量算出部Ｓ３で算出された流量値が予めメモリに記憶された目標値に近づくように流体制御弁Ｖを位置センサ７０の出力値をフィードバック制御するものである。

【0047】

次に、本実施形態に係る流体制御弁Ｖの動作について説明する。

【0048】

前記流体制御弁Ｖは、アクチュエータ３０に電圧が印加されていない状態において、弁開度（弁座１０の弁座面１１と弁体２０の着座面２１との間の距離）が所定値になるように設定されている。なお、この弁開度が所定値になった状態が流体制御弁Ｖの全開状態となる。

【0049】

次に、アクチュエータ３０に電圧が印加された状態になると、アクチュエータ３０が伸びる。そして、このアクチュエータ３０の伸びに伴う動力が接続機構５０、第２分割体４２（プランジャ）、第１分割体４１（プランジャ）の順番で弁体２０へと伝達され、弁体２０が板バネ２４の押圧に抗するように弁座２０に接触する方向（近づく方向）に向かって移動する。これにより、弁開度が所定値よりも小さい値となる。なお、アクチュエータ３０は、印加される電圧値（又は電流値）が大きくなるほどその伸びが大きくなるため、電圧値の大きさを調節することにより、弁開度を制御できるようになっている。

【0050】

続いて、アクチュエータ３０に印加される電圧が小さくなると、アクチュエータ３０が縮む。そして、このアクチュエータ３０の縮みに伴って弁体２０が板バネ２４の押圧によって弁座１０と離間する方向（遠ざかる方向）に向かって移動する。これにより、弁開度が大きい値になる。

【0051】

ここで、アクチュエータ３０に印加された電圧が小さくなる場合には、アクチュエータ３０の縮みに伴う動力が直接ダイアフラム６０に伝達されないようになっている。詳述すると、アクチュエータ３０が縮むと、第２分割体４２は、弾性体９２の押圧によってアクチュエータ３０側へ移動する。しかし、第２分割体４２は、第１分割体４１に対して所定距離αスライドできるように構成されていることから、第２分割体４２の動作がこのスライド動作によって吸収されて第１分割体４１に対して直接伝達されないようになっている。そして、第１分割体４１が、ダイアフラム６０の復元力によってアクチュエータ３０側へ移動すると共に、弁体２０が、板バネ２４の押圧によって弁座１０から離間する方向へ移動し、弁開度が大きい値になる。これにより、アクチュエータ３０の縮みに伴う力がダイアフラム６０へ直接伝達され難くなり、ダイアフラム６０の損傷を抑制できる。また、プランジャ４０が一体に形成されたものに比べて、プランジャ４０をアクチュエータ３０側へ移動させるための動力（押圧機構９０の押圧力、ダイアフラム６０の復元力）が増える。これにより、アクチュエータ３０の縮みによる動きに伴うプランジャ４０の追従動作が速くなり、流体制御弁Ｖの応答性が向上する。

【0052】

次に、本実施形態に係る流体制御弁Ｖのプランジャ４０を組み付ける工程を説明する。

【0053】

前記流体制御弁Ｖは、基本的にブロック体Ｂ側に配置される部材から順番に積み上げるように連結して組み上げられる。そして、プランジャ４０を組み付ける場合には、先ず、第１分割体４１に対して第２分割体４２を連結する。この状態において、第１ピン孔４２ｙ及び第２ピン孔８０ｙにピンを差し込み、筐体８０を構成する部材に対して第２分割体４２が回転しないように固定する。この状態で、第２分割体４２に対して位置センサ７０の第２センサ部７２を嵌め込んでネジ部材５１によって固定する。なお、この場合、各ピン孔４２ｙ、８０ｙとピンとのがたつきによって多少第２分割体４２が第１分割体４１に対して回転したとしても、第１分割体４１に対してその周方向に回転自在になっていることから、第２分割体４２に対してネジ部材５１を締め付けたり、緩めたりした場合に生じる回転力がダイアフラム６０に伝達され難くなる。そして、その後、第１ピン孔４２ｙ及び第２ピン孔８０ｙからピンを抜き取り、筐体８０に対してプランジャ４０が移動できるようにする。

【0054】

なお、前記第１分割体４１の嵌合片４１ａに対し、前記第２分割体４２の嵌合溝４２ａのプランジャ４０の軸方向の幅及び当該軸方向と直交する方向の幅がいずれも大きくなっている。このため、第１分割体４１及び第２分割体４２は、その連結箇所においても弁体２０の傾斜を吸収できるようになっている。

【0055】

＜その他の実施形態＞ 前記実施形態１においては、プランジャ４０のダイアフラム６０よりもアクチュエータ３０側を一カ所で分割しているが、二カ所以上で分割してもよい。この場合、必ずしもダイアフラム６０に接続される第１分割体４１と隣接して配置される分割体を第２分割体４２に設定する必要はなく、当該第１分割体４１と他の分割体を挟んで配置される分割体を第２分割体４２に設定してもよい。

【0056】

例えば、図５に示すように、プランジャ４０のダイアフラム６０よりもアクチュエータ３０側を二カ所で分割した場合には、第１分割体４１と隣接して配置される分割体Ａを第２分割体４２としてもよく、第１分割体４１と分割体Ａを挟んで配置される分割体Ｂを第２分割体４２としてもよい。なお、前者の場合、第２分割体４２となる分割体Ａよりもアクチュエータ３０側に位置する分割体Ｂも、第１分割体４１に対し、分割体Ａと同様に動作する。よって、この場合、分割体Ｂも第２分割体４２の一部ともいえる。

【0057】

また、前記実施形態１においては、ノーマルオープンタイプの流体制御弁Ｖを例示して本発明を説明しているが、本発明は、ノーマルクローズタイプの流体制御弁にも適用することができる。例えば、ノーマルクローズタイプの流体制御弁としては、図６に示すように、ブロック体Ｂの収容部Ｂ１に嵌め込まれる弁座１０と、弁座１０に対して接離方向へ移動できるように設置された弁体２０と、弁体２０を移動させるアクチュエータ（図示せず）と、弁体２０とアクチュエータ３０との間に介在し、アクチュエータ３０の動力を弁体２０に伝達するプランジャ４０と、プランジャ４０と一体的に接続された薄膜状のダイアフラム６０と、を備えている。なお、弁体２０は、ブロック体Ｂの上流側流路ｌ１と弁座１０との間に介在するように収容部Ｂ１内に設置されており、当該収容部Ｂ１に保持された板バネ２４´によって常時弁座２０側に向かって押圧されている。また、プランジャ４０は、ダイアフラム６０から弁座１０を貫通して弁体２０に接触するように伸びている。そして、当該流体制御弁Ｖは、プランジャ４０によって弁体２０が押圧されると、板バネ２４´の押圧に抗して弁体２０が弁座１０から離間する方向へ移動し、弁座１０及び弁体２０の間に隙間（この隙間の距離が弁開度となる）が生じる。これにより、上流側流路ｌ１から板バネ２４´に設けられた導通孔２４´ｈを介して当該隙間に流れ込んだ流体が、弁座１０とダイアフラム６０との間に流れ込んで下流側流路ｌ２へと流れるようになっている。よって、当該流体制御弁Ｖは、アクチュエータに電圧を印加させない状態で全閉状態となり、アクチュエータに電圧を印加することによって弁開度が広がるように構成されている。

【0058】

また、前記実施形態１においては、流体制御弁Ｖのアクチュエータ３０としてピエゾ素子（ピエゾスタック）を使用しているが、ソレノイド等を使用してもよい。

【0059】

また、前記実施形態１においては、流体制御装置ＭＦＣとして、位置センサ７０の出力値に基づき流体制御弁Ｖをフィードバック制御する方式のマスフローコントローラを例示して説明しているが、本発明は、熱式流量センサ又は圧力式流量センサの測定値に基づき流体制御弁をフィードバック制御する方式のマスフローコントローラにも適用できる。

【0060】

その他、本発明は前記各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が可能であるのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0061】

ＭＦＣ 流体制御装置
Ｂ ブロック体
Ｓ 流量センサ
Ｖ 流体制御弁
１０ 弁座
２０ 弁体
３０ アクチュエータ
４０ プランジャ
４１ 第１分割体
４１ｓ 周面
４１ｚ 連結凸部
４１ａ 嵌合片
４２ 第２分割体
４２ｚ 連結凹部
４２ａ 嵌合溝
５０ 接続機構
５１ ネジ部材
６０ ダイアフラム
７０ 位置センサ
７１ 第１センサ部
７２ 第２センサ部
８０ 筐体
９０ 押圧機構
９１ 支持部材
９２ 弾性体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】