(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ポートと第２ポートが形成され、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する流体の流路に弁座を形成されたボディ部と、前記ボディ部に連結されるシリンダと、シリンダ内に弁座方向と反弁座方向に摺動可能な状態で配置されるピストンと、前記ピストンに連結され、前記弁座に当接又は離間して流体の流れを制御する弁体と、前記シリンダに連結されるカバーと、前記カバーを貫通して前記カバーに回動可能な状態で配置されるノブ連結部材と、前記ノブ連結部材が前記カバーの外部に突出する部分に連結されて、前記ノブ連結部材と連動して回転することにより、前記ピストンを前記弁体の開閉方向に移動させるノブとを有する流体制御弁において、
前記ノブ連結部材と前記ピストンの間に、前記ノブ連結部材と前記ピストンとを連結するカム部材が介在していること、
前記カム部材は、シリンダ内に弁座方向及び反弁座方向に移動可能に配置されると共に、前記ノブ連結部材と一体的に回動可能に配置されていること、
前記カム部材のノブ連結部材側の端面に対して当接した状態で配置されて前記カム部材を弁座方向に付勢する第１付勢部材を有すること、
前記ピストンを反弁座方向に付勢する第２付勢部材を有すること、
前記シリンダ内の、弁が全開状態の場合に前記カム部材に当接する位置に形成され、前記カム部材の弁座方向への移動を制限する内筒段部を有すること、
（１）前記カム部材の前記ピストンと当接する当接端面に、凹形状のカム面が形成されていること、及び、前記ピストンの前記カム面と当接する部分には凸形状のピストン係合部が形成されていること、又は、（２）前記カム部材の前記ピストンと当接する当接端面に、凸形状のカム面が形成されていること、及び、前記ピストンの前記カム面と当接する部分には凹形状のピストン係合部が形成されていること、のいずれか一つの組み合わせを有すること、
前記カム部材は、弁が全開状態である場合には、前記第１付勢部材に付勢されて前記内筒段部に当接し、前記第１付勢部材の荷重を前記ピストンに伝達せず、弁が全閉状態である場合には、前記内筒段部から離間して前記第１付勢部材に押圧され、前記ピストンを弁座方向へと押圧し、前記第１付勢部材の荷重により前記弁体を前記弁座に押圧すること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載する流体制御弁において、
前記カム部材に前記カム面が２か所以上形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する流体制御弁において、
前記カム面は２以上の傾斜角度を有するテーパ面を有すること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載するいずれか一つの流体制御弁において、
前記流体制御弁は、前記ノブと前記カム部材が約９０度回動することにより、前記弁座に前記弁体が当接又は離間すること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載するいずれか一つの流体制御弁において、
前記カム部材の前記当接端面に前記ピストンが閉方向にスライドした際に前記ピストン係合部と係合する当接端面係合部が形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載するいずれか一つの流体制御弁において、
前記ボディ部と前記シリンダと前記カバーにより弁本体を形成し、
前記ノブは、前記カム部材が内蔵される前記弁本体の外形寸法よりも小さいこと、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６に記載するいずれか一つの流体制御弁において、
前記ピストンの移動を前記ノブによる駆動に代えて、モータ駆動又はシリンダ駆動を用いること、
を特徴とする流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１ポートと第２ポートとを連通する流体の流路に形成された弁座と、前記弁座に当接又は離間して流体の流れを制御する弁体と、前記弁体と連結するピストンと、前記ピストンを前記弁体の開閉方向に移動させるノブとを有する流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、下記の特許文献１に記載される流体制御弁３００がある。図２２に、特許文献１に記載される流体制御弁３００の断面図を示す。図２２に示すように、流体制御弁３００は、弁座３０１に当接又は離間する弁体３０２を有する主軸３０３を備え、スプリング３０４が主軸３０３を下（弁閉）方向に付勢している。主軸３０３がスプリング３０４により付勢されることで弁体３０２を弁座３０１に押圧シールしている。
また、流体制御弁３００には、ハンドル３０５が形成され、ハンドル３０５内にはカム部材３０６が固定されている。流体制御弁３００を開弁する際には、ハンドル３０５を回動し主軸３０３をカム部材３０６により上昇させ、弁体３０２を弁座３０１から離間させる。具体的には、カム部材３０６内には２つの鋼球３０７が備えられ、２つの鋼球３０７はハンドル３０５が回動することによりその間隔が狭くなる。また、主軸３０３の外周であって、２つの鋼球３０７と当接する部分には上側から下側に向かって狭いテーパ部が成形されている。そのため、ハンドル３０５を回動させることにより、２つの鋼球３０７の間隔が狭まり、テーパ部を持ちあげる形となり主軸３０３を上昇させている。
【０００３】
特許文献２及び３には、本出願人が行ったカム部材を使用しない流体制御弁に関するものである。カム部材を使用しないものであるため、詳細な説明を割愛する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−５９０７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４４８７４号公報
【特許文献３】特開平１０−１２２３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
すなわち、スプリング３０４は、弁体３０２を弁座３０１に押圧シールするためのものであり高荷重（高反発力）のスプリングとなる。そのため、第１に、スプリング３０４が高荷重のものであるため、ハンドル３０５を回動させ２つの鋼球３０７の間隔を狭め主軸３０３を持ちあげるのに、非常に強いトルクを加える必要があるため問題となる。ハンドルと主軸の螺合している部分を増やし、ハンドルを多く回すことにより強いトルクを加えることができるが、流体制御弁が大型化するため、また問題となる。そのため、市場にあるものはスプリングで流体制御弁を開弁し、手動で閉弁（人間の力で閉弁）するタイプがほとんどである。
さらに、ハンドルを多く回すことにより閉弁又は開弁した場合、ハンドルの位置が定まらない。そのため、ハンドルの位置を確認することにより一見して流体制御弁の開閉状態を確認することが困難な場合がある。
【０００６】
また、第２に、主軸３０３を２つの鋼球３０７が間隔を狭めて持ちあげるため、主軸３０３の強度も上げる必要がある。しかし、流体制御弁は樹脂製であるため強度を上げるためには流体制御弁を大型化してしまうという問題がある。また、樹脂製の流体制御弁はもともと金属に比べ強度が弱いために使用状況によっては破損しやすいという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は流体制御弁を開閉する際に必要なトルクを軽減できる流体制御弁の提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様における流体制御弁は、以下の構成を有する。
（１）第１ポートと第２ポートが形成され、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する流体の流路に弁座を形成されたボディ部と、前記ボディ部に連結されるシリンダと、シリンダ内に弁座方向と反弁座方向に摺動可能な状態で配置されるピストンと、前記ピストンに連結され、前記弁座に当接又は離間して流体の流れを制御する弁体と、前記シリンダに連結されるカバーと、前記カバーを貫通して前記カバーに回動可能な状態で配置されるノブ連結部材と、前記ノブ連結部材が前記カバーの外部に突出する部分に連結されて、前記ノブ連結部材と連動して回転することにより、前記ピストンを前記弁体の開閉方向に移動させるノブとを有する流体制御弁において、前記ノブ連結部材と前記ピストンの間に、前記ノブ連結部材と前記ピストンとを連結するカム部材が介在していること、前記カム部材は、シリンダ内に弁座方向及び反弁座方向に移動可能に配置されると共に、前記ノブ連結部材と一体的に回動可能に配置されていること、前記カム部材のノブ連結部材側の端面に対して当接した状態で配置されて前記カム部材を弁座方向に付勢する第１付勢部材を有すること、前記ピストンを反弁座方向に付勢する第２付勢部材を有すること、前記シリンダ内の、弁が全開状態の場合に前記カム部材に当接する位置に形成され、前記カム部材の弁座方向への移動を制限する内筒段部を有すること、（１）前記カム部材の前記ピストンと当接する当接端面に、凹形状のカム面が形成されていること、及び、前記ピストンの前記カム面と当接する部分には凸形状のピストン係合部が形成されていること、又は、（２）前記カム部材の前記ピストンと当接する当接端面に、凸形状のカム面が形成されていること、及び、前記ピストンの前記カム面と当接する部分には凹形状のピストン係合部が形成されていること、のいずれか一つの組み合わせを有すること、前記カム部材は、弁が全開状態である場合には、前記第１付勢部材に付勢されて前記内筒段部に当接し、前記第１付勢部材の荷重を前記ピストンに伝達せず、弁が全閉状態である場合には、前記内筒段部から離間して前記第１付勢部材に押圧され、前記ピストンを弁座方向へと押圧し、前記第１付勢部材の荷重により前記弁体を前記弁座に押圧すること、を特徴とする。
【０００９】
（２）（１）に記載する流体制御弁において、前記カム部材に前記カム面が２か所以上形成されていること、が好ましい。
（３）（１）又は（２）に記載する流体制御弁において、前記カム面は２以上の傾斜角度を有するテーパ面を有すること、が好ましい。
【００１０】
（４）（１）乃至（３）に記載するいずれか一つの流体制御弁において、前記流体制御弁は、前記ノブと前記カム部材が約９０度回動することにより、前記弁座に前記弁体が当接又は離間すること、が好ましい。
（５）（１）乃至（４）に記載するいずれか一つの流体制御弁において、前記カム部材の前記当接端面に前記ピストンが閉方向にスライドした際に前記ピストン係合部と係合する当接端面係合部が形成されていること、が好ましい。
【００１１】
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか一つの流体制御弁において、前記ボディ部と前記シリンダと前記カバーにより弁本体を形成し、前記ノブは、前記カム部材が内蔵される前記弁本体の外形寸法よりも小さいこと、が好ましい。
（７）（１）乃至（６）に記載するいずれか一つの流体制御弁において、前記ピストンの移動を前記ノブによる駆動に代えて、モータ駆動又はシリンダ駆動を用いること、が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記流体制御弁の作用及び効果について説明する。
（１）第１ポートと第２ポートが形成され、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する流体の流路に弁座を形成されたボディ部と、前記ボディ部に連結されるシリンダと、シリンダ内に弁座方向と反弁座方向に摺動可能な状態で配置されるピストンと、前記ピストンに連結され、前記弁座に当接又は離間して流体の流れを制御する弁体と、前記シリンダに連結されるカバーと、前記カバーを貫通して前記カバーに回動可能な状態で配置されるノブ連結部材と、前記ノブ連結部材が前記カバーの外部に突出する部分に連結されて、前記ノブ連結部材と連動して回転することにより、前記ピストンを前記弁体の開閉方向に移動させるノブとを有する流体制御弁において、前記ノブ連結部材と前記ピストンの間に、前記ノブ連結部材と前記ピストンとを連結するカム部材が介在していること、前記カム部材は、シリンダ内に弁座方向及び反弁座方向に移動可能に配置されると共に、前記ノブ連結部材と一体的に回動可能に配置されていること、前記カム部材のノブ連結部材側の端面に対して当接した状態で配置されて前記カム部材を弁座方向に付勢する第１付勢部材を有すること、前記ピストンを反弁座方向に付勢する第２付勢部材を有すること、前記シリンダ内の、弁が全開状態の場合に前記カム部材に当接する位置に形成され、前記カム部材の弁座方向への移動を制限する内筒段部を有すること、（１）前記カム部材の前記ピストンと当接する当接端面に、凹形状のカム面が形成されていること、及び、前記ピストンの前記カム面と当接する部分には凸形状のピストン係合部が形成されていること、又は、（２）前記カム部材の前記ピストンと当接する当接端面に、凸形状のカム面が形成されていること、及び、前記ピストンの前記カム面と当接する部分には凹形状のピストン係合部が形成されていること、のいずれか一つの組み合わせを有すること、前記カム部材は、弁が全開状態である場合には、前記第１付勢部材に付勢されて前記内筒段部に当接し、前記第１付勢部材の荷重を前記ピストンに伝達せず、弁が全閉状態である場合には、前記内筒段部から離間して前記第１付勢部材に押圧され、前記ピストンを弁座方向へと押圧し、前記第１付勢部材の荷重により前記弁体を前記弁座に押圧することにより、高荷重の第１付勢部材に対してカム部材を回動させる小さなトルクで圧縮することができ、小さなトルクで閉弁することができる。すなわち、カム部材の凹凸形状のカム面を利用しカム部材を回動させるトルクにより、ピストンに弁体が弁座に当接移動するための直線的な動きを与えることができる。
【００１３】
また、カム面及びピストン係合部を使用し流体制御弁の開閉を行うことができるため、従来技術のように鋼球を使用する場合と比較して流体制御弁の強度を上げる必要がない。そのため、流体制御弁の素材を全て樹脂とすることができるため、流体制御弁の大型化を防止することができる。
また、作業者がノブとカム部材を少ない回動動作をするだけの簡単な一つの動作で流体制御弁を開閉することができるため、作業者は流体制御弁の開閉を容易にすることができる。
また、少ない回動動作をするだけの簡単な一つの動作で流体制御弁を開閉させることができるため、作動に必要なトルクを軽減することができる。
【００１４】
（２）（１）に記載する作用及び効果の他、カム部材にカム面が２か所以上形成されていることにより、カム部材の傾きを抑制できる。また、２か所以上カム面を形成することにより、カム面に掛かる１か所当たりの負荷を軽減できるため作業者が容易に流体制御弁の開閉を行うことができる。すなわち、ピストンと当接するカム面に２か所以上形成されていることにより、カム部材が安定するためカム部材の傾きを抑制することができる。カム部材が安定することにより、弁体を均等のトルクで弁座に対して押圧することができる。そのため、弁体に対してシール力を均一に与えることができ、確実にシールすることができる。
また、カム面に掛かる１か所当たりの負荷を軽減できるため、カムの耐久性を向上させることができ、カムを有する流体制御弁の耐久性を向上させることができる。
【００１５】
（３）（１）又は（２）に記載する作用及び効果の他、カム面は２以上の傾斜角度を有するテーパ面を有することにより、ノブに掛かるトルクを傾斜角度により変更することができる。トルクが掛からないノブの前半回動時において傾斜角度を急な角度とすることで、ノブに掛かるトルクは結果として小さくなる。また、トルクが掛かるノブの後半回転時の傾斜角度を緩やかな角度とすることで、ノブに掛かるトルクを小さくすることができる。よって、ノブを回転させるトルクを全体を通して小さくすることができる。
【００１６】
（４）（１）乃至（３）に記載する作用効果の他、流体制御弁は、ノブとカム部材が約９０度回動することにより、弁座に弁体が当接又は離間することができる。
約９０度回動させるだけの簡単な一つの動作で流体制御弁を開閉させることができるため、作動に必要なトルクを軽減することができる。
また、約９０度回動させることにより流体制御弁を開閉することができるので、ノブの向きを外観から見るだけで開状態か閉状態かを一見して認識することができる。一見して開閉状態を確認できるので、作業者の確認作業が容易になり、確認するためのコストを低減することができる。
（５）（１）乃至（４）に記載する作用効果の他、カム部材の当接端面にピストンが閉方向にスライドした際にピストン係合部と係合する当接端面係合部が形成されていること、により、流体制御弁を開状態又は閉状態で維持することができる。すなわち、ピストンのピストン係合部とカムの当接端面係合部が係合することにより、ピストンとカムは維持される。ピストンとカムが維持される状態を流体制御弁が全開状態又は全閉状態とすることで、流体制御弁を全開状態又は全閉状態で維持することができる。
【００１７】
（６）（１）乃至（５）に記載する作用及び効果の他、ボディ部とシリンダとカバーにより弁本体を形成し、ノブは、カム部材が内蔵される弁本体の外形寸法よりも小さいことにより、流体制御弁を小型化し、マニホールドにした場合省スペース化を図ることができる。すなわち、ノブを例えば約９０度回動するだけで流体制御弁の開閉を行うことができるため、作業者がノブを回動するのに必要なトルクが小さくて済む。そのため、ノブを小型化することができ、流体制御弁を小型化することができる。
（７）（１）乃至（６）に記載する作用及び効果の他、ピストンの移動をノブによる駆動に代えて、モータ駆動又はシリンダ駆動を用いること、モータ又はシリンダの駆動力を小さくすることができる。そのため、モータ又はシリンダを小型化することができる。
さらに、駆動源をモータとした場合において、カム部材及びピストンを用いることで、操作トルクを軽減できる。したがって、駆動源をモータとした場合、小さな電力でモータを作動させることができるため省エネルギーとすることができる。また、シリンダを用いた場合も同様にエアの出力を小さくすることができるため省エネルギーとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の本実施例１に係る流体制御弁（全開時）の断面図である。
【図２】本発明の本実施例１に係る流体制御弁（動作時（１））の断面図である。
【図３】本発明の本実施例１に係る流体制御弁（動作時（２））の断面図である。
【図４】本発明の本実施例１に係る流体制御弁（全閉時）の断面図である。
【図５】本発明の本実施例１に係るカム部材の上面図である。
【図６】本発明の本実施例１に係る図５に示すカム部材をＡ方向から見た側面図である。
【図７】本発明の本実施例１に係るカム部材の下面図である。
【図８】本発明の本実施例１に係るカム部材の外観上方斜視図である。
【図９】本発明の本実施例１に係る図５に示すカム部材をＢ方向から見た側面図である。
【図１０】本発明の本実施例１に係るカム部材の外観下方斜視図である。
【図１１】本発明の本実施例１に係るピストンの上面図である。
【図１２】本発明の本実施例２に係る流体制御弁（全開時）の断面図である。
【図１３】本発明の本実施例２に係る流体制御弁（全閉時）の断面図である。
【図１４】本発明の本実施例２に係るカム部材の上面図である。
【図１５】本発明の本実施例２に係る図１４に示すカム部材をＣ方向から見た側面図である。
【図１６】本発明の本実施例２に係るカム部材の下面図である。
【図１７】本発明の本実施例２に係るカム部材の外観上方斜視図である。
【図１８】本発明の本実施例２に係るカム部材の外観下方斜視図である。
【図１９】本発明の本実施例２に係るピストンの上面図である。
【図２０】本発明の本実施例１及び２に係る流体制御弁（全開時）の上面図である。
【図２１】本発明の本実施例１及び２に係る流体制御弁（全閉時）の上面図である。
【図２２】従来技術に係る流体制御弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明に係る流体制御弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
＜流体制御弁の全体構成＞
図１には、流体制御弁１（全開時）の断面図を示す。図２には、流体制御弁１（動作時（１））の断面図を示す。図３には、流体制御弁１（動作時（２））の断面図を示す。図４には、流体制御弁１（全閉時）の断面図を示す。
本実施形態においては、流体制御弁を手動弁として説明するが、駆動源を手動以外の電動、又はエア等とすることもできる。
【００２１】
本実施の形態の流体制御弁１は、半導体製造装置の流体制御機器の一つとして用いられる。図１に示すように、流体制御弁１の弁本体２は、ボディ部３、シリンダ４、カバー５などを連結したものである。ボディ部３、シリンダ４、カバー５は、樹脂により構成されている。
ボディ部３には、第１ポート１３と第２ポート１４が形成され、それらを連通する弁室１８内に弁孔１７が設けられている。弁孔１７の周縁部には、凸形状の弁座１６が円周状に形成されている。
ダイアフラム弁体１５は、その周縁部がボディ部３とシリンダ４との間で狭持され、中央部にピストン１０の一端が螺設されている。
【００２２】
＜ピストンの構成＞
ピストン１０は、略円柱形状である図１に示す大円柱部１０２及び小円柱部１０３が接合することにより形成されている。大円柱部１０２はカム部材６側に形成され、小円柱部１０３は弁座１６側に形成されている。またピストン１０は、シリンダ４内に形成された略中空円筒部４１に上下方向に摺動可能な状態で配置されている。ピストン１０の小円柱部１０３の一端はダイアフラム弁体１５と螺設され、大円柱部１０２はカム部材６と当接している。
ピストン１０の大円柱部１０２のうち、カム部材６と当接する部分に凸形状のピストン係合部１０１が成形されている。ピストン係合部１０１は、先端部１０１Ａを有する断面三角形状をなす。図１１に、ピストン１０の上面図を示す。図１１に示すように、ピストン１０のピストン係合部１０１は、ピストン１０の上面の中心を横断するように形成されている。
さらに、図１のカム部材６と当接する面と反対の大円柱部１０２の面には、第２付勢部材１２の一端が固定されている。第２付勢部材１２の他端はシリンダ４に固定されている。したがって、ピストン１０は第２付勢部材１２によりノブ２０方向に付勢された状態となる。そのため、ピストン１０のピストン係合部１０１は、カム面６２に当接した状態となる。
なお、本実施形態においてはピストン係合部１０１を凸形状としたが、カム面６２を凸形状とした場合には、ピストン係合部１０１を凹形状とする。
【００２３】
＜カム部材の構成＞
カム部材６の構成について説明する。
図５に、カム部材６の上面図を示す。図６に、図５に示すカム部材６をＡ方向から見た側面図を示す。図７に、カム部材６の下面図を示す。図８に、カム部材６の外観上方斜視図を示す。図９に、図５に示すカム部材６をＢ方向から見た側面図を示す。図１０に、カム部材６の外観下方斜視図を示す。
【００２４】
図１に示すように、カム部材６は、シリンダ４内に形成された略中空円筒部４１内に回動可能な状態で配置されている。図８及び図１０に示すように、カム部材６の形状は、略円筒形状である。また、カム部材６のうち円筒部下面はピストン１０と当接する当接端面６６であり、カム部材６のうち円筒部上面はノブ連結部材１９と連結する連結端面６５である。当接端面６６と連結端面６５は平行な面である。
【００２５】
図８及び図１０に示すように、当接端面６６には、凹凸形状であるカム面６２及びピストン１０のピストン係合部１０１と係合する当接端面係合部６３が形成されている。
カム面６２は、底部６２１、摺動テーパ面６２２及び逃げ部テーパ面６２３を有する。底部６２１は、当接端面６６から最も奥まった部分に形成されている。また、底部６２１から当接端面６６へ向かってテーパ形状の摺動テーパ面６２２及び逃げ部テーパ面６２３が続いている。摺動テーパ面６２２は、ピストン１０のピストン係合部１０１が当接しスライドする面である。他方逃げ部テーパ面６２３は、ピストン１０のピストン係合部１０１と当接することはない面である。図９に示すように、摺動テーパ面６２２の当接端面６６に対する角度αは、本実施形態においては約１５度である。角度αを約１５度と緩い角度にすることにより、ノブ２０を回動させピストン１０を下（弁閉）方向へ移動させるときのトルクを小さくすることができる。
なお、本実施形態においては角度αを約１５度としたが、角度αは角度を緩くすることにより操作トルクを低減できるため、角度αはできるだけ小さい角度であることが好ましい。
【００２６】
図９に示すように、当接端面係合部６３は、摺動テーパ面６２２の続きに形成されている。当接端面係合部６３はピストン１０を係合固定するために形成されており、ピストン１０が摺動テーパ面６２２へと戻らないように維持するためのものである。ピストン１０のピストン係合部１０１が当接端面係合部６３と係合することにより、流体制御弁１を図４に示す閉弁した状態で維持することができる。本実施形態においては閉弁状態で維持することとしたが、開弁状態において維持することもできる。
【００２７】
図５に示すように、連結端面６５の中心には、ノブ連結部材１９が挿入される略四角形状の挿入孔６１が形成されている。本実施形態においては略四角形状としたが、ノブ連結部材１９と係合できる多角形状であればよい。
また、図１に示すように連結端面６５には、第１付勢部材１１の一端が係合されている。また、第１付勢部材１１の他端は、ノブ連結部材１９に形成されている付勢部材固定部１９１に係合されている。そのため、カム部材６は第１付勢部材１１により弁座１６方向へ付勢される。そのため、カム部材６はピストン１０のピストン係合部１０１と当接した状態となる。図１においては、カム部材６は、シリンダ４内に形成された内筒段部４２に当接した状態にあり、カム部材６は内筒段部４２よりも下（弁閉）方向へは移動できない状態にある。
なお、本実施形態においてはカム面６２を凹形状としたが、ピストン係合部１０１を凸形状とした場合には、カム面６２を凸形状とする。
【００２８】
＜ノブの構成＞
図２０に、流体制御弁１（全開時）の上面図を示す。図２１に、流体制御弁１（全閉時）の上面図を示す。
図１に示すように、流体制御弁１上端には、約９０度回動可能なノブ２０が形成されている。図２０の状態からノブ２０を約９０度回動させることにより図２１のノブ２０の状態になる。ノブ２０は、長軸Ｘと短軸Ｙを有する縦長の六角形形状である。ノブ２０が六角形形状であることにより角部２０１が６か所に形成されている。角部２０１が６か所に形成されていることにより、作業者が手を滑らせることなくノブ２０を回動させることができる。
【００２９】
また、ノブ２０は、図２１に示すように長軸Ｘ及び短軸Ｙを有する縦長形状である。そのため、図２０に示すように開弁状態にある場合は、ノブ２０の長軸Ｘは、第１ポート１３及び第２ポート１４と同じライン上にある。また、図２１の閉弁時にはノブ２０の長軸Ｘは、第１ポート１３及び第２ポート１４と垂直のライン上にある。したがって、閉弁時と開弁時のノブ２０の位置が異なることが外観上一見して認識することができる。そのため、作業者は一目で流体制御弁１の開閉状態を認識することができるため、確認作業の時間を短縮することができ、確認作業に係るコストを低減することができる。
【００３０】
また、ノブ２０の長軸Ｘにより約９０度回動させるだけのトルクは小さくて流体制御弁１の開弁及び閉弁することができるので、作業者の力が小さくて済む。そのため、ノブ２０を小型化することができる。
ノブ２０を小型化することができることにより、例えば図示しないが、ノブ２０の長軸Ｘ及び短軸Ｙをカム部材６が内蔵される弁本体２の外形寸法よりも小さくすることができる。ノブ２０を弁本体２の外形寸法よりも小さくすることで、開弁状態及び閉弁状態のどちらにおいても弁本体２の投影面積からはみ出すことがない。そのため、流体制御弁１を小型化することができる。流体制御弁１を小型化することができることにより、マニホールド（連設）にした場合省スペース化を図ることができる。
【００３１】
図１に示すように、ノブ２０の中心部に、ノブ連結部材１９の上端が固定連結されている。ノブ連結部材１９は略円筒形状である。ノブ連結部材１９は、ノブ２０の中心部に固定連結されており、さらに略円筒形状であるため、ノブ２０を回動させた場合、ノブ連結部材１９はノブ２０に連動して回動する。ノブ連結部材１９は、カバー５内の中空部５１内に回動可能な状態で配置されている。ノブ連結部材１９の下端の形状は四角形形状である。ノブ連結部材１９の下端は、カム部材６の中心に形成された挿入孔６１に挿入されている。本実施形態においては四角形形状としたが、カム６の挿入孔６１の多角形形状に合わせた形状とすることにより、ノブ連結部材１９とカム６を連動して回動することができる。ノブ連結部材１９の円筒側面には円周状に付勢部材固定部１９１が形成されており、第１付勢部材１１の一端は付勢部材固定部１９１に係合されている。また、第１付勢部材１１の他端はカム部材６の連結端面６５に係合されている。
【００３２】
第１付勢部材１１の付勢力は、ピストン１０に固定されたダイアフラム弁体１５を弁座１６に押圧するためのものである。第２付勢部材１２の付勢力はピストン１０をカム部材６に押圧させるためのものである。第１付勢部材１１は、図１中下方にある第２付勢部材１２の付勢力に打ち勝ちダイアフラム弁体１５を弁座１６に押圧させる。そのため、第１付勢部材１１の付勢力は、第２付勢部材１２の付勢力よりも大きい。なお、第１付勢部材１１及び第２付勢部材１２は、本実施形態においては弾性力を有する金属バネ部材を使用している。
【００３３】
＜流体制御弁の作用効果＞
図１の流体制御弁１は開弁状態にある。そのため、第１ポート１３から流入した流体は、弁孔１７、弁室１８を通り、第２ポート１４へと流出する。第２ポート１４への出力を停止する場合には、図１に示す流体制御弁１のノブ２０を約９０度回動させ、図４に示す閉弁状態にする。図４の閉弁状態となることにより、弁座１６に対してダイアフラム弁体１５が当接した状態になるため、第１ポート１３から流入した流体は、弁孔１７を通ることができないため、第２ポート１４へ流体は流入しない。
【００３４】
図１の流体制御弁１の全開状態から、図４の流体制御弁１の全閉状態への変化について図１乃至図４を用いて詳細に説明する。
【００３５】
＜全開状態＞
図１に示す流体制御弁１が全開状態にあるとき、ピストン１０のピストン係合部１０１がカム部材６のカム面６２のうち当接端面６６から最も奥まった部分である底部６２１と当接している。ピストン係合部１０１とカム面６２の底部６２１が当接することにより、ピストン１０とカム部材６は最も係合安定した位置になる。そのため、ピストン１０を付勢する第２付勢部材１２も最も伸びた状態にあり、第２付勢部材１２により付勢されているピストン１０は最も上がった位置（弁座から離れた位置）になる。
また、カム部材６を付勢する第１付勢部材１１は最も伸びた状態にあり、第１付勢部材１１により付勢されているカム部材６は最も下がった位置になる。そのため、図１においては、カム部材６は、シリンダ４内に形成された内筒段部４２に当接した状態にあり、カム部材６は内筒段部４２よりも下（弁閉）方向へは移動できない状態にある。カム部材６は内筒段部４２に当接した状態にあり、さらに、ピストン１０のピストン係合部１０１がカム面６２の底部６２１と当接した状態にあるため、第１付勢部材１１の付勢力はピストン１０に伝達されていない。したがって、ピストン１０がカム部材６により押圧され弁座１６方向へ移動することがないため、ダイアフラム弁体１５は弁座１６から離間した状態にある。よって、流体制御弁１は全開状態にある。
【００３６】
＜全閉状態への移行＞
図２に示す流体制御弁１は、全開状態から全閉状態へ移行し弁座１６とダイアフラム弁体１５が当接し始めたときである。具体的には、図２に示すようにノブ２０が、本実施形態においては、図中右回りに約７０度回動する。それに伴い、ノブ２０に固設されたノブ連結部材１９が回動し、係合するカム部材６も同様に約７０度回動した状態になる。
【００３７】
第１に、図１に示す状態からノブ２０が回動し始めると、図２に示すようにピストン１０は、カム部材６の摺動テーパ面６２１に沿って押圧され弁座１６方向へ移動する。図２に示すように、ノブ２０を約７０度回動させた状態においては、ピストン１０に螺設されたダイアフラム弁体１５は、弁座１６に当接し始めた状態となる。図２では、第１付勢部材１１の付勢力が第２付勢部材１２の付勢力よりも勝っているため、第２付勢部材１２は付勢され縮んだ状態になりピストン１０が弁座１６方向へと押圧される。図２では、第１付勢部材１１はほぼ伸びきった状態になるため、カム部材６の位置もほとんど図１に示す状態と変化はない。
【００３８】
第２に、図２に示す状態からノブ２０をさらに回動させ、図３のノブ２０が約８７度回動させた状態にする。ノブ２０及びカム部材６が約８７度回動した状態において、ピストン係合部１０１は、当接端面係合部６３に係合される直前の状態である。図２に示す状態においては、ピストン１０はダイアフラム弁体１５を介して弁座１６に当接した状態にあるためピストン１０の位置はほとんど変わらない。他方、ノブ２０を図２の状態から図３の状態に回動させると、カム部材６はピストン１０に押圧されてノブ２０方向へ移動する。
【００３９】
すなわち、カム部材６が図２の状態から図３の状態にさらに回動されると、ピストン係合部１０１が摺動テーパ面６２２を押圧しながら底部６２１から当接端面６６方向へと移動する。ピストン係合部１０１が当接端面６６方向へ移動することにより、カム部材６はピストン１０により押し上げられノブ２０方向へカム部材６は移動する。カム部材６がノブ２０方向へ移動するとき第１付勢部材１１はピストン１０の押圧力により圧縮された状態となる。
第１付勢部材１１は、本実施形態においては図２に示す約７０度以上ノブ２０を回動させ弁閉状態に近づく場合にのみ圧縮される構造を取る。それにより、ノブ２０を約７０度回動させた後から高荷重である第１付勢部材１１を圧縮すればよい。そのため、大きなトルクが必要となるのは、ノブ２０が約７０度回動した後からだけとなる。したがって、操作トルクが必要となる範囲を軽減することができるため、作業者の力は小さくて済み作業性をさらに向上させることができる。
【００４０】
本実施形態においては約７０度以上ノブ２０を回動させた場合にのみ第１付勢部材１１が圧縮される構造としたが、変形例としてノブ２０の回動が約９０度に近い状態において第１付勢部材１１が圧縮される構造とすることができる。それにより、さらに操作トルクが必要となる範囲を軽減することができる。変形例においては、ノブ２０の回動が閉弁状態に近い約９０度に近いほど第１付勢部材１１が圧縮する構造とするのが好ましい。
【００４１】
第３に、図３に示す状態からノブ２０をさらに回動させ、図４の約９０度回動させた状態にする。図４に示すように、ノブ２０及びカム部材６が約９０度回動した状態において、ピストン係合部１０１は、当接端面係合部６３に係合された状態となる。図４に示す状態においては第１付勢部材１１がカム部材６を押圧し、ピストン１０を弁座１６方向へと押圧する。そのため、第１付勢部材１１の荷重によりダイアフラム弁体１５を弁座１６に対して押圧することができ安定したシール力を維持することができる。
また、ピストン係合部１０１が当接端面係合部６３に係合された状態にあるため、図４に示す全閉状態で維持することができる。すわなち、ピストン係合部１０１と当接端面係合部６３が係合することにより、ピストン１０及びカム部材６は図４に示す位置から移動することができないため閉弁状態で維持することができる。
また、ノブ２０とカム部材６が約９０度回動することにより、弁座１６とダイアフラム弁体１５が当接又は離間できる。すなわち、作業者がノブ２０を約９０度回動させるだけの簡単な一つの動作で流体制御弁を開閉することができるため、流体制御弁１の開閉を容易にすることができる。さらに、約９０度回動させるだけの簡単な一つの動作で流体制御弁１を開閉させることができるため、作動に必要なトルクを軽減することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図１２及び図１３に示す第２実施形態に係る流体制御弁２００は、図１乃至図４に示す第１実施形態に係る流体制御弁１と比較して、カム部材及びピストンの形状以外異なるところがない。そのため、第２実施形態においては、第１実施形態と異なるカム部材２０６及びピストン２１０について説明することにより、その他の詳細な説明を割愛する。
なお、第２実施形態ではその他の流体制御弁２００の詳細な説明を割愛するが、第１実施形態の流体制御弁１と同様の作用、及び効果を有する。
【００４３】
＜流体制御弁の全体構成＞
図１２には、流体制御弁２００（全開時）の断面図を示す。図１３には、流体制御弁２００（全閉時）の断面図を示す。
本実施形態においては、流体制御弁２００を手動弁として説明するが、駆動源を手動以外の電動、又はエア等とすることもできる。
【００４４】
＜ピストンの構成＞
図１９に、ピストン２１０の上面図を示す。
第２実施形態におけるピストン２１０は、第１実施形態におけるピストン１０と比較して、ピストン係合部２１１の個数が異なる。すわなち、第１実施形態のピストン１０のピストン係合部１０１は外周に対して２か所に表れていたが、第２実施形態のピストン２１０におけるピストン係合部２１１は外周に対して４か所に表れている。図１９に示すように、ピストン２１０の上面の中心を横断交差するように２本のピストン係合部２１１が形成されている。ピストン２１０のピストン係合部２１１は外周面に対して４か所、９０度間隔で形成される。
【００４５】
＜カム部材の構成＞
カム部材２０６の構成について説明する。
図１４に、カム部材２０６の上面図を示す。図１５に、図１４に示すカム部材２０６をＣ方向から見た側面図を示す。図１６に、カム部材２０６の下面図を示す。図１７に、カム部材２０６の外観上方斜視図を示す。図１８に、カム部材２０６の外観下方斜視図を示す。
【００４６】
第２実施形態におけるカム部材２０６は、第１実施形態におけるカム部材６と比較して、当接端面係合部２６３の個数、及びカム面２５０の形状及び個数が異なる。
すわなち、当接端面係合部２６３は、図１６に示すようにカム部材２０６のうち円筒部下面である当接端面２６６に対して、９０度間隔に均等に形成されている。当接端面係合部２６３は、９０度間隔に形成されているため全周にわたり４か所に形成される。
【００４７】
図１５及び図１６に示すように、カム面２５０は、底部２５１、摺動テーパ面２５２、逃げ部テーパ面２５３、及び連結テーパ面２５４を有する。カム面２５０は当接端面２６６に対して、９０度間隔に均等に形成されている。カム面２５０は、９０度間隔に形成されているため全周にわたり４か所に形成されている。
【００４８】
図１５に示すように、底部２５１は、当接端面２６６から最も奥まった部分に形成されている。また、底部２５１から当接端面２６６へ向かってテーパ形状の逃げ部テーパ面２５３及び連結テーパ面２５４の一端が連結している。連結テーパ面２５４の他端は摺動テーパ面２５２に連結している。摺動テーパ面２５２の他端は当接端面２６６に連結している。
連結テーパ面２５４及び摺動テーパ面２５２は、ピストン２１０のピストン係合部２１１が当接しスライドする面である。他方逃げ部テーパ面２５３は、ピストン２１０のピストン係合部２１１と当接することはない面である。
【００４９】
図１５に示すように、摺動テーパ面２５２の当接端面２６６に対する角度βは、約１５度である。角度βを約１５度と緩い角度にすることにより、ノブ２２０を回動させピストン２１０を下（弁閉）方向へ移動させるときのトルクを小さくすることができる。すなわち、第１付勢部材２１１を圧縮する範囲を緩い角度とすることができることにより、トルクの掛かりを小さくすることができるためである。それにより、操作トルクが軽減することができ操作性を高めることができる。特に、第２実施形態のように２か所以上にカム面を形成する場合には、連結テーパ面２５４が形成されていても、第１付勢部材２１１を圧縮する範囲において約１５度の摺動テーパ面２５２を形成することができれば、トルクの掛かりを小さくすることができる。
【００５０】
また、連結テーパ面２５４の当接端面２６６に対する角度θは、約４０度である。ピストン係合部２１１が連結テーパ面２５４をスライドするのは、ノブ２２０が約７０度回転するまでの間である。ノブ２２０が約７０度回転するまでの間は、ダイアフラム弁体１５が弁座１６に当接し始めるまでの時間である。ダイアフラム弁体１５が弁座１６に当接し始めるまでは、第１付勢部材１１の付勢力が第２付勢部材１２の付勢力よりも勝っているため、トルクは小さくて済む。そのため、連結テーパ面２５４の当接端面２６６に対する角度θが約４０度の急角度であっても、作業者がノブ２２０に掛けるトルクは小さくて済む。  本実施形態において角度βを約１５度と緩い角度にすることができたのは、カム部材２０６の円筒部外周にカム面２５０を形成したことによる。円筒部外周にカム面２５０を形成することで距離を取ることができるため角度を緩くすることができるためである。また、連結テーパ面２５４の角度θを急角度にしたことによる。
【００５１】
＜流体制御弁の作用効果＞
第２実施形態における流体制御弁２００は、第１実施形態における流体制御弁１と同一の作用効果を有する他、以下の特有の作用効果を有する。
流体制御弁２００は、図１２に示す開弁状態から図１３に示す閉弁状態に移動する際、ノブ２２０を回動させることにより、カム部材２０６を同様に回動させる。カム部材２０６が回動することによりカム部材２０６のカム面２５０と当接するピストン２１０が移動する。流体制御弁２００においてはカム面２５０とピストン２１０のピストン係合部２１１は全周にわたり４か所で当接する。そのため、ピストン２１０が弁座２１６方向へ移動する際に、４か所のピストン係合部２１１が４か所のカム面２５０に押圧されることにより移動する。ピストン２１０のうち均等に９０度間隔で形成された４か所のピストン係合部２１１が押圧されることによりピストン２１０は平行移動することができる。そのため、ピストン２１０に螺設されたダイアフラム弁体２１５も均等のトルクで押圧され平行移動することができるため、弁座２１６に対して均等のトルクで押圧する。したがって、弁座２１６に対してダイアフラム弁体２１５を確実にシールすることができる。また、４か所で押圧されることによりカム部材２０６の傾きを防止することができる。
【００５２】
また、カム面２５０は傾斜角度βを有する摺動テーパ面２５２及び連結テーパ面２５４を有する。そのため、ノブ２２０を約７０度回動させるまでは、ピストン係合部２１１が連結テーパ面２５４をスライドする。連結テーパ面２５４をスライドする場合、ダイアフラム弁体１５が弁座１６に当接し始めるまでは、第１付勢部材１１の付勢力が第２付勢部材１２の付勢力よりも勝っているため、ノブ２２０が加えるトルクは小さくて済む。そのため、連結テーパ面２５４の当接端面２６６に対する角度θが約４０度の急角度であっても、作業者がノブ２２０に掛けるトルクは小さくて済む。他方、ノブ２２０を約７０度以上回動させると、ピストン係合部２１１は、摺動テーパ面２５２をスライドする。摺動テーパ面２５２は、第１付勢部材２１１を圧縮する範囲であり、その範囲を緩い角度とすることができるため、トルクの掛かりを小さくすることができる。それにより、操作トルクを軽減することができ操作性を高めることができる。
したがって、カム面２５０を２以上の傾斜角度を有するテーパ面とすることにより、ノブ２２０に掛かるトルクを傾斜角度により変更することができる。本実施形態においては、トルクが掛からないノブ２２０を約７０度回動させるまでの傾斜角度を急な角度とすることで、ノブ２２０に掛かるトルクは結果として小さくなる。また、トルクが掛かるノブ２２０を約７０度以上回動させたときの傾斜角度を緩やかな角度とすることにより、ノブ２２０に掛かるトルクを小さくすることができる。よって、ノブ２２０を回転させるトルクを全体を通して小さくすることができる。
なお、実施形態により角度β及び角度θは変更することが可能である。角度β及び角度θを変更することにより、ノブに掛かるトルクを変更することができる。
【００５３】
また、カム面２５０を４か所に形成することにより、ピストン２１０を押圧するための１か所の負荷が軽減される。カム面２５０を４か所に形成することにより、カム面２５０に掛かる１か所当たりの負荷を軽減できるため作業者が容易に流体制御弁１の開閉を行うことができる。すなわち、ピストン２１０と当接するカム面２５０が外周に４か所形成されていることにより、カム部材２０６が安定するためカム部材２０６の傾きを抑制することができる。カム部材２０６が安定することにより、弁体１５を均等のトルクで弁座１６に対して押圧することができる。そのため、弁体１５に対してシール力を均一に与えることができ、確実にシールすることができる。
また、カム面２０５に掛かる１か所当たりの負荷を軽減できるため、カム部材２０６の耐久性を向上させることができ、カム部材２０６を有する流体制御弁１の耐久性を向上させることができる。
【００５４】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、本実施形態においては、流体制御弁を手動弁として駆動源をノブを回動させる手動としたが、手動弁のほか駆動源を電動、又はシリンダ等によることができる。例えば、変形例として駆動源を電動とした場合、上記実施例のカム部材及びピストンを用いれば、操作トルクを軽減できる。したがって、駆動源を電動とした場合、小さな電力でモータを作動させることができるため省エネルギーとすることができる。また、エアシリンダを用いた場合も同様にエアの出力を小さくすることができるため省エネルギーとすることができる。また、駆動源を電動又はシリンダとした場合には、手動弁ではないため、ノブに代えてモータ又はシリンダに変える。
【００５５】
例えば、本実施形態においてはカム部材６に形成するカムを２か所または４か所形成することを記載したが、カムは１か所又は３か所であってもよい。１か所である場合には、ピストンを動かすためにカムが当接するのが１か所となり作業者の力が必要になる。２か所以上で当接することによりカムがピストンに与える押圧力を分散することができるため、作業者の力が少なくて済む。また、ピストンを動かすためカムに当接するのが１か所となると均等なトルクでピストンを押圧することができない。ピストンを均等なトルクで押圧できないと、弁体が弁座に対して均等なトルクで押圧できず弁座全周に対して均一にシールすることができない。そのため、２か所以上のカムが必要となる。
【００５６】
例えば、本実施形態においてノブ２０の形状を六角形形状としたがノブ２０の形状は、弁本体２の投影面積の中に収まる形状であり、かつ、縦長の形状のものであればどのような形状であってもよい。例えば、楕円形状、長方形形状、多角形形状であってもよい。
【００５７】
例えば、本実施形態においてカム部材に当接端面係合部を形成し、ピストンに凸部を形成し、凸部と当接端面係合部が係合することにより流体制御弁を開弁状態又は閉弁状態で維持することができることとしたが、構成を逆としても同様の作用効果を有する。すなわち、当接端面係合部をピストンに形成し、カム部材に凸部を形成しても同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
例えば、本実施形態においては、カム面はカム部材の外周に２か所以上形成されていることとしたが、カム面は設計条件によっては外周以外の例えば、内周に形成することもできる。なお、カム面がカム部材の外周に位置することにより、カム面とピストンの当接部を外周に持ってくることができるためカムを安定させることができる。
【００５９】
例えば、本実施形態においては、流体制御弁は、ノブとカム部材が約９０度回動することにより、弁を開閉することができることとしたが、ノブとカム部材の回動角度は設計により変更することができる。すなわち、ノブとカム部材の回動角度は、摺動テーパ面の傾斜角度により決定される。傾斜角度が大きくなることによりノブとカム部材の回動する回動角度が小さくなり、傾斜角度が小さくなることによりノブとカム部材の回動する回動角度が大きくなる。よって、傾斜角度の設計を変更することによりノブとカム部材の回動角度を変更することができる。なお、傾斜角度の設計変更は、流体制御弁に用いる付勢部材により、操作トルクの掛かり具合が変わるため付勢部材により変更する。
【符号の説明】
【００６０】
１、２００    流体制御弁
６、２０６    カム部材
６２、２５０  カム面
６３、２６３  当接端面係合部
１０、２１０  ピストン
１１、２１１  第１付勢部材
１２、２１２  第２付勢部材
１３、２１３  第１ポート
１４、２１４  第２ポート
１５、２１５  ダイアフラム弁体
１６、２１６  弁座
２０、２２０  ノブ
【図１】
0005602673.tif 000002
【図２】
0005602673.tif 000003
【図３】
0005602673.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005602673.tif 000008
【図８】
0005602673.tif 000009
【図９】
0005602673.tif 000010
【図１０】
0005602673.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005602673.tif 000013
【図１３】
0005602673.tif 000014
【図１４】
0005602673.tif 000015
【図１５】
0005602673.tif 000016
【図１６】
0005602673.tif 000017
【図１７】
0005602673.tif 000018
【図１８】
0005602673.tif 000019
【図１９】
0005602673.tif 000020
【図２０】
0005602673.tif 000021
【図２１】
0005602673.tif 000022
【図２２】
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