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JP2553398B2 - Valve drive mechanism - Google Patents
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JP2553398B2 - Valve drive mechanism - Google Patents

Valve drive mechanism

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JP2553398B2
JP2553398B2 JP1296574A JP29657489A JP2553398B2 JP 2553398 B2 JP2553398 B2 JP 2553398B2 JP 1296574 A JP1296574 A JP 1296574A JP 29657489 A JP29657489 A JP 29657489A JP 2553398 B2 JP2553398 B2 JP 2553398B2
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fluid
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は流体の質量流量を精密に自動制御するバルブ
機構に関するものである。
The present invention relates to a valve mechanism for precisely and automatically controlling the mass flow rate of a fluid.

(ロ)従来の技術 従来超LSIの製造に使用される、多種多様な流体の質
量流量を精密に自動制御するバルブ機構は、第5図側断
面図に示すように、バルブ部11と駆動部51とよりなって
いる。
(B) Conventional technology As shown in the sectional side view of FIG. 5, the valve mechanism for precisely and automatically controlling the mass flow rate of various fluids used in the manufacture of conventional VLSIs has a valve unit 11 and a drive unit. It consists of 51.

バルブ部11は、バルブ筐体12の一方の壁に流体の入口
13及び出口14を設け、入口13からの流体流量は、PCTFE
(ポリクロロフルオエチレン)よりなるバルブ本体15の
上下移動により、流体シール部16を開閉させて制御する
ようになっている。即ちバルブ本体15はフラットプラグ
になっている。バルブ本体15はスプリング17で押し上げ
られ、バルブ本体15の突出部18で、バルブダイヤフラム
19の中心部を押し上げる機構になっている。バルブ筐体
12、バルブダイヤフラム19及び入、出口のパイプはすべ
てSUS−316(ステンレススチール)で出来ていて、フッ
素化合物、塩素化合物などの腐蝕性気体にも安心して使
用出来るようにしてある。又バルブ本体15をPCTFEで、
弁座(バルブ筐体)をSUS−316で構成することによりパ
ーティクルな塵埃の発生を防止している。
The valve portion 11 is a fluid inlet port on one wall of the valve housing 12.
13 and outlet 14 are provided, and the fluid flow rate from the inlet 13 is PCTFE
By vertically moving the valve body 15 made of (polychlorofluoroethylene), the fluid seal portion 16 is opened and closed for control. That is, the valve body 15 is a flat plug. The valve body 15 is pushed up by the spring 17, and the protrusion 18 of the valve body 15 causes the valve diaphragm to move.
It has a mechanism that pushes up the center of 19. Valve housing
12, The valve diaphragm 19 and the inlet and outlet pipes are all made of SUS-316 (stainless steel) so that they can be used safely even with corrosive gases such as fluorine compounds and chlorine compounds. In addition, the valve body 15 is PCTFE,
The valve seat (valve housing) is made of SUS-316 to prevent the generation of particulate dust.

バルブ本体15の上下移動を誘起する駆動部は51に示す
ようにピエゾドライバが用いられている。これは、チタ
ン酸バリウム等の薄い圧電素子を多数枚積層したピエゾ
素子、52、52、52をケース53内部に積み重ね、下端をバ
ルブ押しピース54、上端を調整ピース55で挟みつけてい
る。
As shown in 51, a piezo driver is used as a drive unit for inducing the vertical movement of the valve body 15. In this case, piezo elements 52, 52, 52 in which a large number of thin piezoelectric elements such as barium titanate are laminated are stacked inside a case 53, and a lower end is sandwiched by a valve pushing piece 54 and an upper end is sandwiched by an adjusting piece 55.

ピエゾドライバ51の取付座56とバルブ筐体12を固着
し、ピエゾ素子52、52、52に最高直流電圧を印加して伸
びた状態とし押しねじ57をねじ込むと、ボール58を介し
て、調整ピース55、ピエゾ素子52、52、52バルブ押しピ
ース54を押し下げバルブ押しピース54の先端59が、バル
ブダイヤフラム19の中心部を押し、バルブダイヤフラム
19はδだけ変位し、バルブ本体15は、流体シール部16
を閉ぢる。δは高々0.1mm以下である。
When the mounting seat 56 of the piezo driver 51 and the valve housing 12 are fixed, the maximum DC voltage is applied to the piezo elements 52, 52, 52 to extend them and the push screw 57 is screwed in, and the adjusting piece is inserted via the ball 58. 55, piezo element 52, 52, 52 The valve pushing piece 54 is pushed down, and the tip 59 of the valve pushing piece 54 pushes the central portion of the valve diaphragm 19, so that the valve diaphragm
19 is displaced by δ 0 , and the valve body 15 is
Close. δ 0 is at most 0.1 mm.

この状態でピエゾ素子52、52、52に印加する直流電圧
を減すれば、バルブダイヤフラム19の復元力と、スプリ
ング17によって、バルブ本体15が押し上げられ、流体シ
ール部16が開き、流体は入口13から出口14へ流出する。
而して図示していないセンサによって流出流体の質量流
量を検知し、その検出された質量流量出力信号と、流量
設定信号を比較し、両者が一致するようにピエゾ素子5
2、52、52への印加電圧を自動制御すれば流体の質量流
量を自動制御することが出来る。
In this state, if the DC voltage applied to the piezo elements 52, 52, 52 is reduced, the valve body 15 is pushed up by the restoring force of the valve diaphragm 19 and the spring 17, the fluid seal portion 16 opens, and the fluid enters the inlet 13 Exit to exit 14.
Then, the mass flow rate of the outflow fluid is detected by a sensor (not shown), the detected mass flow rate output signal is compared with the flow rate setting signal, and the piezo element 5
The mass flow rate of the fluid can be automatically controlled by automatically controlling the voltage applied to 2, 52 and 52.

(ハ)発明が解決しようとする問題点 ピエゾ素子52、52、52は、長さ方向のスチィネスsp
引張又は圧縮力/変位が異常に大きい、例えば印加電圧
を数百ヴォルトに上昇しても、変位が高々0.05mm程度と
小さく、動きを制約したとき発生する力は100kg以上
にもなる。即ち、sp>2×103kg/mmである。
(C) INVENTION A problem to be solved piezoelectric element 52,52,52 is longitudinal Suchiinesu s p =
Even if the tensile or compressive force / displacement is abnormally large, for example, even if the applied voltage is increased to several hundred volt, the displacement is as small as about 0.05 mm, and the force generated when the movement is restricted becomes 100 kg or more. That is, s p> 2 × 10 3 kg / mm.

従って流体シール部16の開きが小さく、制御出来る流
体の質量流量の上限が少なすぎる欠点があった。
Therefore, there is a drawback that the opening of the fluid seal portion 16 is small and the upper limit of the mass flow rate of the fluid that can be controlled is too small.

又、押しねじ57をねじ込み、バルブ本体15が、流体シ
ール部16を閉じて流体の流出をストップさせるとき、バ
ルブ本体15を流体シール部16に押し付ける力(詳細は後
述する)は約5kgf程度で、そのときピエゾ素子52、52、
52の長さの変化量Δξはsp≒2×103kgf/mmとして、Δ
ξ≒5/2×103=2.5×10-3mmである。即ち押しねじ57の
調整量が非常に少ないため調整しがたい欠点があった。
Further, when the push screw 57 is screwed in and the valve body 15 closes the fluid seal portion 16 to stop the outflow of fluid, the force for pressing the valve body 15 against the fluid seal portion 16 (details will be described later) is about 5 kgf. , Then the piezo elements 52, 52,
The variation Δξ of the length of 52 is s p ≒ 2 × 10 3 kgf / mm, and Δ
ξ≈5 / 2 × 10 3 = 2.5 × 10 -3 mm. That is, the amount of adjustment of the push screw 57 is very small, which makes it difficult to adjust.

(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は、上記欠点をなくすためになされたもので、
その特徴とするところは、流体の質量流量を制御するバ
ルブとして、フラットプラグバルブを用い、高強度、高
靱性な材料よりなるソレノイドダイヤフラム28の外周を
軟磁性材よりなるヨーク26の突出円筒部29とリング30で
挟み、小ねじ31でクランプし、ソレノイドダイヤフラム
28の内周を軟磁性材よりなるプランジャ24とクランプリ
ング32で挟み、ナット33でクランプしてプランジャ24を
ヨーク26に保持させ、プランジャ24の上部に非磁性材よ
りなるガイドピン36を固着、軟磁性材よりなる磁極27に
埋め込まれた軸受37内を滑動し得るようにし、磁極27は
プランジャ24との間の磁気空隙41の空隙長δが調整し
得るように軟磁性材よりなるヨーク25に固着し、プラン
ジャ24を周回するように捲かれたコイル43とでソレノイ
ド部22を構成する。而して、該ソレノイド部22を軟磁性
材よりなるケース23内に波形ワッシャー44を介して収納
し、リングねじ45で該ソレノイド部22のケース23内での
位置が調整できるように構成したことにある。
(D) Means for Solving the Problems The present invention has been made to eliminate the above-mentioned drawbacks.
The feature is that a flat plug valve is used as a valve for controlling the mass flow rate of a fluid, and the outer circumference of a solenoid diaphragm 28 made of a material having high strength and high toughness is attached to the protruding cylindrical portion 29 of a yoke 26 made of a soft magnetic material. And ring 30 and clamp with machine screw 31, solenoid diaphragm
The inner periphery of 28 is sandwiched between a plunger 24 made of a soft magnetic material and a clamp ring 32, clamped by a nut 33 to hold the plunger 24 on the yoke 26, and a guide pin 36 made of a non-magnetic material is fixed on the plunger 24. The magnetic pole 27 made of a soft magnetic material is allowed to slide in a bearing 37 embedded in the magnetic pole 27, and the magnetic pole 27 is made of a soft magnetic material so that the gap length δ 2 of a magnetic gap 41 between the magnetic pole 27 and the plunger 24 can be adjusted. The solenoid portion 22 is constituted by the coil 43 fixed to the coil 25 and wound around the plunger 24. Thus, the solenoid portion 22 is housed in the case 23 made of a soft magnetic material via the corrugated washer 44, and the position of the solenoid portion 22 in the case 23 can be adjusted by the ring screw 45. It is in.

(ホ)作用 プランジャを支持する円環状ダイヤフラムは、これを
支持クランプする外、内径の大きさ及びその厚さを変化
させることにより、プランジャ直進方向のスチィフネス
Sd=プランジャを動かす力/変位、を相当高範囲に設定
することが出来る。従って直進型ソレノイドの磁気空隙
が零付近の磁気吸引力のスチィフネスSm=磁気吸引力/
磁気空隙長、に対して大きく、且つピエゾ駆動部のスチ
ィフネスSpより小さくした円環状ダイヤフラムを提供す
ることが出来るので、直進型ソレノイドへの供給電力を
増減することにより流体の質量流量を従来のものより多
量に制御することが出来る。
(E) Action The annular diaphragm that supports the plunger changes the stiffness in the direction of straight movement of the plunger by changing the size of its inner diameter and its thickness while supporting and clamping it.
Sd = force to move the plunger / displacement can be set in a considerably high range. Therefore, the stiffness of the magnetic attraction force when the magnetic air gap of the linear solenoid is near zero is Sm = magnetic attraction force /
Since it is possible to provide an annular diaphragm that is large with respect to the magnetic gap length and smaller than the stiffness Sp of the piezo drive unit, the mass flow rate of the fluid can be reduced by increasing or decreasing the power supplied to the linear solenoid. More control is possible.

又、プランジャ直進方向のスチィフネスSdがピエゾ駆
動部のスチィフネスspより十分小さく出来るので、流体
の流出をストップさせるバルブ本体15を流体シール部16
に押し付ける力が同じでもリングねじ45の調整量が大き
いので調整が容易に出来る。
Further, since the stiffness S d in the direction of straight movement of the plunger can be made sufficiently smaller than the stiffness s p of the piezo drive unit, the valve main body 15 for stopping the outflow of fluid is fixed to the fluid seal unit 16.
Even if the pressing force is the same, the adjustment amount of the ring screw 45 is large, so the adjustment can be done easily.

(ヘ)実施例 以下図面について詳細に説明する。(F) Examples The drawings will be described in detail below.

第1図は本発明の駆動部として用いた、直進型ソレノ
イドの一実施例を示す側断面図、第2図は第1図駆動部
とバルブ部を結合した状態を示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a rectilinear solenoid used as a drive unit of the present invention, and FIG. 2 is a side sectional view showing a state in which the drive unit and the valve unit are connected in FIG.

第1図において21は本発明の駆動部として用いた直進
型ソレノイドで、ソレノイド部22と、軟磁性材よりなる
ケース23と、波形ワッシャー44と、リングねじ45より構
成される。
In FIG. 1, reference numeral 21 is a linear solenoid used as a drive unit of the present invention, which is composed of a solenoid unit 22, a case 23 made of a soft magnetic material, a wave washer 44, and a ring screw 45.

24は、軟磁性材よりなるプランジャ、25及び26は軟磁
性材よりなるヨーク、27はプランジャ24を吸引する軟磁
性材よりなる磁極。28は例えばニッケル、コバルト、ク
ローム、モリブデン鋼(9%Ni、9%Co、8%Cr、4%
Mo、0.1%Al、0.4%Ts、0.01%C残りF0)を眞空中又は
水素中で480℃5時間時効硬化処理し、高強度、高靱性
とした材料よりなる、薄い厚さtのソレノイドダイヤフ
ラムで、その外周をヨーク26の突出円筒部29とリング30
で挟み、小ねじ31でクランプする、2aはそのクランプ外
径である。又ソレノイドダイヤフラム28の内周をプラン
ジャ24とクランプリング32で挟み、ナット33をプランジ
ャ24の先端ねじ部34にねじ込みクランプする、2bはその
クランプ内径である。而してプランジャ24は中心部に保
持され、ヨーク26との間に磁気空隙35が構成される。36
は非磁性材よりなるガイドピンでプランジャ24の上部に
固着、磁極27に埋め込まれた軸受37内を滑動するように
なっている。従ってプランジャ24の変位は、ソレノイド
ダイヤフラム28とガイドピン36によって上下方向のみに
限定される。38は薄いスペーサで、ヨーク25と磁極27の
鍔39で挟み、小ねじ40で締め付ける。スペーサ38の厚さ
を調整することにより、磁気空隙41の空隙長δを調整す
ることが出来る。空隙長δを調整する方法として、図示
していないが、ヨーク25に磁極27をねじ込む構造として
も可能である。42は絶縁材よりなるボビン、43はボビン
42にプランジャ24を周回するように捲かれたコイル。以
上でソレノイド部22を構成している。
Reference numeral 24 is a plunger made of a soft magnetic material, 25 and 26 are yokes made of a soft magnetic material, and 27 is a magnetic pole made of a soft magnetic material that attracts the plunger 24. 28 is, for example, nickel, cobalt, chrome, molybdenum steel (9% Ni, 9% Co, 8% Cr, 4%
Mo, 0.1% Al, 0.4% T s , 0.01% C balance F 0 ) was age hardened in air or hydrogen at 480 ° C. for 5 hours to obtain a high strength, high toughness material with a thin thickness t. A solenoid diaphragm is used to cover the outer periphery of the solenoid diaphragm with the protruding cylindrical portion 29 of the yoke 26 and the ring 30.
2a is the outer diameter of the clamp. Further, the inner circumference of the solenoid diaphragm 28 is sandwiched between the plunger 24 and the clamp ring 32, and the nut 33 is screwed into the tip screw portion 34 of the plunger 24 and clamped. 2b is the clamp inner diameter. Thus, the plunger 24 is held at the center, and a magnetic gap 35 is formed between the plunger 24 and the yoke 26. 36
Is fixed to the upper part of the plunger 24 by a guide pin made of a non-magnetic material, and slides in the bearing 37 embedded in the magnetic pole 27. Therefore, the displacement of the plunger 24 is limited only in the vertical direction by the solenoid diaphragm 28 and the guide pin 36. 38 is a thin spacer, which is sandwiched between the yoke 25 and the collar 39 of the magnetic pole 27, and is tightened with a small screw 40. By adjusting the thickness of the spacer 38, the air gap length δ of the magnetic air gap 41 can be adjusted. As a method of adjusting the air gap length δ, although not shown, a structure in which the magnetic pole 27 is screwed into the yoke 25 is also possible. 42 is a bobbin made of insulating material, 43 is a bobbin
A coil wound around the plunger 24 around 42. The solenoid portion 22 is configured as described above.

44は波形ワッシャー、45はリングねじで,リングねじ
45をねじ込むことにより、ソレノイド部22は波形ワッシ
ャー44を変形させて、ケース23内部に固定される。
44 is a corrugated washer, 45 is a ring screw, ring screw
By screwing 45, the solenoid portion 22 deforms the wave washer 44 and is fixed inside the case 23.

46はプランジャ24の下部突出部、47は駆動部21の取付
座、48は取付座47の底面である。
46 is a lower protruding portion of the plunger 24, 47 is a mounting seat of the drive unit 21, and 48 is a bottom surface of the mounting seat 47.

第2図はバルブ部11と駆動部21を結合した状態を示し
た側断面図で、11乃至19は第5図と、21乃至48は第1図
と同様である。
FIG. 2 is a side sectional view showing a state in which the valve portion 11 and the driving portion 21 are connected to each other, and 11 to 19 are the same as FIG. 5 and 21 to 48 are the same as FIG.

バルブ本体15はバルブダイヤフラム19の中心部をδ
だけ押し下げたとき、流体シール部16が閉じるようにな
っている。
The valve body 15 has a central part of the valve diaphragm 19 of δ 0.
The fluid seal portion 16 is configured to close when only pushed down.

は高々0.1mm程度であるが、バルブダイヤフラム19はSUS
−316で出来ていてSUS−316の耐力が約21kgf/mm2と低い
ため、この程度の変形で、バルブダイヤフラム19の内部
応力は比例限界値を越えて、塑性変形の範囲内に入って
しまう。即ちバルブダイヤフラム19の復元力は無いもの
と見なさなければならない。
Is about 0.1 mm at most, but the valve diaphragm 19 is SUS
Since is made of -316 to the strength of SUS-316 as low as about 21 kgf / mm 2, a variation of this degree, the internal stress of the valve diaphragm 19 exceeds the proportional limit, it would fall within the scope of the plastic deformation . That is, the restoring force of the valve diaphragm 19 must be regarded as non-existent.

バルブ本体15を押し上げる力は、スプリング17によっ
て与えられる。スプリング17は又、入口流体が眞空に近
い状態でもバルブ本体15を押し上げなくてはならない、
この力をFoとする。一方入口流体圧がp気圧のとき、流
体シール部16を閉ぢておくために、Fpの力が必要である
とすると、バルブ本体15を常時(F0+Fp+α)の力で押
し付けていなければならない。(F0+Fp+α)の力は、
ソレノイドダイヤフラム28を第2図に示すようにδ
け変形させて発生させる。その方法の一つは、駆動部21
の取付座47とバルブ筐体12とを固着し、入口流体圧を
(p+Δp)気圧とし、リングねじ45をねじ込んで、ソ
レノイド部22を下方に押し下げ、流体出口14からの流体
の流出が無くなるのを確認することによって遂行され
る。
The force that pushes up the valve body 15 is given by the spring 17. The spring 17 must also push up the valve body 15 even when the inlet fluid is nearly empty,
Let this power be Fo. On the other hand, when the inlet fluid pressure is p atmosphere, if the force of Fp is required to keep the fluid seal portion 16 closed, the valve body 15 must be constantly pressed with the force of (F 0 + F p + α). I have to. The force of (F 0 + F p + α) is
The solenoid diaphragm 28 is generated by deforming by δ 1 as shown in FIG. One of the methods is to drive 21
The mounting seat 47 and the valve housing 12 are fixed to each other, the inlet fluid pressure is set to (p + Δp) atmospheric pressure, the ring screw 45 is screwed in, and the solenoid portion 22 is pushed downward, so that the fluid does not flow out from the fluid outlet 14. Be carried out by checking.

磁気空隙41の空隙長δはスペーサ38の厚さを調整し
δ≒δに調整する。
The gap length δ 2 of the magnetic gap 41 is adjusted to δ 2 ≈δ 0 by adjusting the thickness of the spacer 38.

第3図及び第4図は本発明バルブ駆動機構の動作を説
明する図である。
3 and 4 are diagrams for explaining the operation of the valve drive mechanism of the present invention.

第3図実線はコイル43への直流印加電圧Vcをパラメー
タとし、プランジャ24の磁気吸引力FMを縦軸に、磁気空
隙41の空隙長δを横軸にとって測定したFMの実測例であ
る。
The solid line in FIG. 3 is an actual measurement example of F M measured with the DC applied voltage V c to the coil 43 as a parameter, the magnetic attraction force F M of the plunger 24 on the vertical axis, and the air gap length δ of the magnetic air gap 41 on the horizontal axis. is there.

第4図はソレノイド部22の外側を固定し、プランジャ
24の先端46に押し上げ力Fdを加えたときの、プランジャ
ダイヤフラム28の変位ξを横軸にとり、Fdを縦軸にとっ
て測定した、Fの実測例である。
Fig. 4 shows that the outside of the solenoid 22 is fixed and the plunger
In this example, the displacement ξ of the plunger diaphragm 28 when a pushing force Fd is applied to the tip 46 of 24 is plotted on the horizontal axis and Fd is plotted on the vertical axis.

第3図点線は第3図FMoと第4図Fdoが等しくなるよう
に、第4図の実測値を変位方向が逆になるように画いた
ものである。
The dotted line in Fig. 3 is a plot of the measured values in Fig. 4 with the displacement directions reversed so that F Mo in Fig. 3 and F do in Fig. 4 are equal.

第3図及び第4図でプランジャダイヤフラム28にδ1
の変位を与えるには(F0+Fp+α)の力を、プランジャ
24の先端46に加えなければならない。即ちバルブ本体15
は(F0+Fd+α)の力で、流体シール部16を押し付けて
いることになる。
Δ 1 on the plunger diaphragm 28 in FIGS. 3 and 4.
To give the displacement of, the force of (F 0 + F p + α)
Must be added to the tip 46 of 24. That is, the valve body 15
Means that the fluid seal portion 16 is pressed by the force of (F 0 + F d + α).

又コイル43への印加電圧がVc1以下ではプランジャ24
は静止しているが、印加電圧をVc1、Vc2、Vc3のように
増加すると、プランジャダイヤフラム28を変形させる力
Fdと磁気吸引力FMとの釣合い点がA、B、Cの順に移動
し、バルブ本体15がスプリング17によって押し上げら
れ、流体シール部16が順次開かれ、流体は入口13か出口
14へ流出する。而して図示していないセンサによって流
出流体の質量流量を検知し、その検出された質量流量出
力信号と、流量設定信号を比較し、両者が一致するよう
にコイル43への印加電圧を自動制御すれば、流体の質量
流量を自動制御することが出来る。
If the voltage applied to the coil 43 is V c1 or less, the plunger 24
Is stationary, but the force that deforms the plunger diaphragm 28 when the applied voltage is increased like V c1 , V c2 , V c3.
The balance point between F d and the magnetic attraction force F M moves in the order of A, B, and C, the valve body 15 is pushed up by the spring 17, the fluid seal portion 16 is sequentially opened, and the fluid is at the inlet 13 or the outlet.
Spill to 14. Then, the mass flow rate of the outflowing fluid is detected by a sensor (not shown), the detected mass flow rate output signal is compared with the flow rate setting signal, and the applied voltage to the coil 43 is automatically controlled so that they match each other. Then, the mass flow rate of the fluid can be automatically controlled.

尚ケース取付座47の底面48が平坦になっているのは、
入口流体圧が誤って規定値より上昇した場合でも、バル
ブダイヤフラム19が底面48で支えられ、無益な変形を起
こさないためである。
The bottom surface 48 of the case mounting seat 47 is flat.
This is because even if the inlet fluid pressure accidentally rises above the specified value, the valve diaphragm 19 is supported by the bottom surface 48 and does not cause unnecessary deformation.

(ト)効果 以上図面について詳細に説明したが、本発明によるバ
ルブ駆動機構で流体流量を自動制御出来るための必要且
つ十分條件は、次の通りである。
(G) Effect Although the drawings have been described in detail above, the necessary and sufficient conditions for automatically controlling the fluid flow rate with the valve drive mechanism according to the present invention are as follows.

(1)規定の直流入力電力によって磁気空隙41の空隙長
δが零のときの磁気吸引力が第3図FMo以上であるこ
と。
(1) The magnetic attraction force when the gap length δ of the magnetic gap 41 is zero due to the specified DC input power is F Mo or more in FIG.

(2)プランジャダイヤフラム28のスチィフネスsdが、
磁気吸引力のスチィフネスsmより大きいこと。
(2) The stiffness sd of the plunger diaphragm 28 is
Greater than the magnetic attraction force stiffness sm.

(3)プランジャダイヤフラム28の内部応力が、その材
料の比例限界内であること。
(3) The internal stress of the plunger diaphragm 28 is within the proportional limit of the material.

(1)の條件は、ソレノイドの大きさによって満足さ
せることが出来る。
The condition (1) can be satisfied depending on the size of the solenoid.

(2)及び(3)の條件は、本発明のプランジャダイ
ヤフラム28の即ち円環状ダイヤフラムによって満足させ
ることが出来る。
The conditions (2) and (3) can be satisfied by the plunger diaphragm 28 of the present invention, that is, the annular diaphragm.

即ち円環状ダイヤフラムのスチィフネsdと、内部応力
の最大値σmaxは例えば、S.TIMOSHENKO著、北畠顕正、
片山健太郎共訳「材料力学」下巻P106コロナ社によれ
ば、材料のヤング率をE、バッソン比をν、y=b/aと
して(1)式及び(2)式の通りである。
That is, the stiffener sd of the annular diaphragm and the maximum value σ max of the internal stress are, for example, by S.TIMOSHENKO, Kenma Kitabatake,
According to Kentaro Katayama, “Material Mechanics,” Vol. 2, P106 Corona Publishing, Eq. (1) and Eq. (2) are given, where E is the Young's modulus of the material, v is the Basson's ratio, and y = b / a.

荷重Pを加えたときσmaxは円周部に生じ (1)式sdは円環状ダイヤフラムの変位ξが、厚さt
に対して同程度以上になると徐々に増大する。従ってσ
maxも(2)式で示す値より大きくなるが、円環状ダイ
ヤフラムを決定する自由度がa、t及びyと3種類もあ
るのでsdを、smより大きく、σmaxを材料の比例限界値
内に止めることは容易である。
When load P is applied, σ max occurs in the circumference In equation (1) sd, the displacement ξ of the annular diaphragm is the thickness t
However, when it is about the same or more, it gradually increases. Therefore σ
max also becomes larger than the value shown in equation (2), but since there are three types of degrees of freedom that determine the annular diaphragm, a, t, and y, sd is larger than sm and σ max is within the proportional limit value of the material. It is easy to stop at.

実施例によるsm及びsdの値は夫々(3)式の通りであ
った。
The values of sm and sd according to the examples were as in equation (3).

又、プランジャダイヤフラム28の材料、ニッケル、コ
バルト、クローム、モリブデン鋼の時効硬化後の比例限
界値は、200kgf/mm2以上で非常に大きく、プランジャダ
イヤフラム28を使用限度の2倍まで変位させ数十回繰返
しても永久歪は認められなかった。
In addition, the proportional limit value after age hardening of the material of the plunger diaphragm 28, nickel, cobalt, chrome, and molybdenum steel is very large at 200 kgf / mm 2 or more, and the plunger diaphragm 28 is displaced to twice the usage limit, and it is tens of tens. No permanent set was observed even after repeated cycles.

(3)式sd≒33kgf/mmの値は、ピエゾ素子のスチィフ
ネスsp>2000kgf/mmに比較して十分小さくなっているの
で、バルブ本体15の移動量を従来のものより大きくする
ことが出来るので、流体の質量流量の上限を大きく出来
る効果がある。
The value of equation (3) sd≈33 kgf / mm is sufficiently smaller than the stiffness of the piezo element sp> 2000 kgf / mm, so the movement of the valve body 15 can be made larger than the conventional one. There is an effect that the upper limit of the mass flow rate of the fluid can be increased.

又、sd=33kgf/mmであるから、流体の流出をストップ
させるバルブ本体15を流体シール部16に押し付ける力
(Fo+Fp+α)が約5kgfであるとすると、ソレノイドダ
イヤフラム28の変位δ1は、δ1≒5/33≒0.15mmと大きく
なり、リングねじ45による調整が容易になる効果があ
る。
Since sd = 33 kgf / mm, assuming that the force (F o + F p + α) that presses the valve body 15 that stops the outflow of fluid against the fluid seal portion 16 is approximately 5 kgf, the displacement δ 1 of the solenoid diaphragm 28 Becomes as large as δ 1 ≅5 / 33 ≅0.15 mm, which has the effect of facilitating adjustment by the ring screw 45.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のバルブ駆動部として用いた、直進型ソ
レノイドの一実施例を示す側断面図、第2図はバルブ部
11と駆動部21を結合した状態を示した側断面図、第3図
及び第4図は本発明バルブ駆動機構の動作を説明する
図、第5図は従来のバルブ駆動機構の側断面図である。 11…バルブ部、12…バルブ筐体、13…流体入口、14…流
体出口、15…バルブ本体、16…流体シール部、17…スプ
リング、18…バルブ本体15の突出部、19…バルブダイヤ
フラム、20…駆動部、22…ソレノイド部、23…ケース、
24…プランジャ、25、26…ヨーク、27…磁極、28…プラ
ンジャダイヤフラム、29…ヨーク26の突出円筒部、30…
リング、31…小ねじ、32…クランプリング、33…ナッ
ト、34…プランジャ24の先端ねじ部、35…磁気空隙、36
…ガイドピン、37…軸受、38…スペーサ、39…磁極27の
鍔、40…小ねじ、41…磁気空隙、42…ボビン、43…コイ
ル、44…波形ワッシャー、45…リングねじ、46…プラン
ジャ先端、47…駆動部21の取付座、48…取付座47の底面
51…ピエゾドライバ、52、52、52…ピエゾ素子、53…ケ
ース、54…バルブ押しピース、55…調整ピース、56…ケ
ースの取付座、57…押しねじ、58…ボール、59…バルブ
押しピース54の先端
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a rectilinear solenoid used as a valve drive unit of the present invention, and FIG. 2 is a valve unit.
11 is a side sectional view showing a state in which 11 and the driving portion 21 are combined, FIGS. 3 and 4 are views for explaining the operation of the valve driving mechanism of the present invention, and FIG. is there. 11 ... Valve section, 12 ... Valve housing, 13 ... Fluid inlet, 14 ... Fluid outlet, 15 ... Valve main body, 16 ... Fluid seal section, 17 ... Spring, 18 ... Protrusion of valve main body 15, 19 ... Valve diaphragm, 20 ... Drive part, 22 ... Solenoid part, 23 ... Case,
24 ... Plunger, 25, 26 ... Yoke, 27 ... Magnetic pole, 28 ... Plunger diaphragm, 29 ... Projecting cylindrical portion of yoke 26, 30 ...
Ring, 31 ... Machine screw, 32 ... Clamp ring, 33 ... Nut, 34 ... Plunger 24 tip screw part, 35 ... Magnetic gap, 36
... guide pin, 37 ... bearing, 38 ... spacer, 39 ... collar 27 collar, 40 ... machine screw, 41 ... magnetic air gap, 42 ... bobbin, 43 ... coil, 44 ... corrugated washer, 45 ... ring screw, 46 ... plunger Tip, 47 ... Mounting seat for drive unit 21, 48 ... Bottom surface of mounting seat 47
51 ... Piezo driver, 52, 52, 52 ... Piezo element, 53 ... Case, 54 ... Valve pushing piece, 55 ... Adjusting piece, 56 ... Case mounting seat, 57 ... Push screw, 58 ... Ball, 59 ... Valve pushing piece 54 tips

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】流体の質量流量を制御するバルブとして、
フラットプラグバルブを用い、高強度、高靭性な材料よ
りなるソレノイドダイヤフラム28の外周を軟磁性材より
なるヨーク26の突出円筒部29とリング30で挟み、小ねじ
31でクランプし、ソレノイドダイヤフラム28の内周を軟
磁性材よりなるプランジャ24とクランプリング32で挟
み、ナット33でクランプしてプランジャ24をヨーク26に
保持させ、プランジャ24の上部に非磁性材よりなるガイ
ドピン36を固着、軟磁性材よりなる磁極27に埋め込まれ
た軸受37内を滑動し得るようにし、磁極27はプランジャ
24との間の磁気空隙41の空隙長δが調整し得るように
軟磁性材よりなるヨーク25に固着し、プランジャ24を周
回するように捲かれたコイル43とで構成されたソレノイ
ド部22を軟磁性材よりなるケース23内に波形ワッシャー
44を介して収納し、リングねじ45で該ソレノイド部22の
ケース23内での位置が調整できるように構成したことを
特徴とするバルブ駆動機構。
1. A valve for controlling a mass flow rate of a fluid,
Using a flat plug valve, the outer circumference of the solenoid diaphragm 28 made of a material with high strength and high toughness is sandwiched between the protruding cylindrical portion 29 of the yoke 26 made of soft magnetic material and the ring 30, and a small screw
Clamp with 31 and sandwich the inner circumference of solenoid diaphragm 28 with plunger 24 and clamp ring 32 made of soft magnetic material and clamp with nut 33 to hold plunger 24 on yoke 26. Is fixed so that it can slide in the bearing 37 embedded in the magnetic pole 27 made of a soft magnetic material.
Solenoid portion 22 that is fixed to a yoke 25 made of a soft magnetic material so as to adjust the air gap length δ 2 of the magnetic air gap 41 between the solenoid air gap 24 and a coil 43 wound around the plunger 24. The corrugated washer is placed in the case 23 made of soft magnetic material.
The valve drive mechanism is characterized in that the valve drive mechanism is configured to be housed via a valve 44, and the position of the solenoid portion 22 in the case 23 can be adjusted by a ring screw 45.
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