(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路の途中に形成された弁座に主弁体が接離して腐食流体に対する開度を調節する制御弁であって、
前記主弁体を有して前記流体通路に設けられた主弁ダイヤフラムと、前記主弁体を前記弁座から離れる方向へ付勢するスプリングと、前記主弁体の前記弁座と反対側の端部に設けられたパイロット圧ダイヤフラムによって壁の一部が形成されてパイロット圧流体を受け入れるパイロット圧室と、前記パイロット圧室を大気に開放するノズルと、前記ノズルの出口に対して接離させられるパイロット弁体とを具え、且つ、前記流体通路と、前記弁座と、前記主弁体の少なくとも前記流体通路内に位置する部分と、前記主弁ダイヤフラムとが耐食性材料からなることを特徴とする、腐食流体用制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塩化水素ガス、高温水蒸気等の腐食流体に使用される制御弁の技術分野に属する。
【従来の技術】
【０００２】
半導体制御装置等の真空装置のチャンバーの排気路には、圧力制御用の制御弁と真空排気ポンプからなる排気装置が設けられており、チャンバー内を所定の真空度にするため、前記制御弁の開度を調整する必要がある。
従来、この種の制御弁として、特開平４−１５０９３８号公報に記載のものがある。この制御弁１０は、図２に示すように、円板状の弁板１１を具えた蝶型制御弁である。弁板１１の回転制御は制御回路（図示省略）によって行なわれる。制御回路は、圧力センサーによって検知された制御弁の排気口側の圧力値と、予め記憶された設定圧値との差を求めて、その差がなくなるようにモータ１６を制御して制御弁の開き角度を調節する回路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような制御弁は、次の問題点を有している。
(1) 腐食流体に使用することができない。
制御弁本体１４と制御弁軸１３との間をシールするＯリング１５が、回転する制御弁軸１３に接触している。このため、制御弁を長期間すると、Ｏリング１５が摩耗し、Ｏリング１５と制御弁軸１３との間から流体が漏れる恐れがあり、腐食流体に使用することができない。
(2) 小流量制御が困難である。
蝶型制御弁であるため、弁板１１を密閉状態から開く方向へ回転させるとき、円滑に始動できるように、弁板１１と流体通路１２との間に多少の隙間を設けなければならない。このため、流体が漏れ易く、弁板１１の開き角度の小さいときの流量調節が困難である。
【０００４】
(3) 大型、高価である。
弁板１１を回転させるモータ１６を必要とし、装置全体が大型、且つ、高価になりがちである。
(4) 大電力を必要とする。
弁板１１をモータ１６によって回転させるため、大電力を必要とする。
(5) 応答性が悪い。
制御弁内での圧力バランスを取ることができない構造になっているため、外部からの急激な圧力変化および流体の流量変化に対して、瞬時に応答することができない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体通路の途中に形成された弁座に主弁体が接離して腐食流体に対する開度を調節する制御弁であって、
前記主弁体を有して前記流体通路に設けられた主弁ダイヤフラムと、前記主弁体を前記弁座から離れる方向へ付勢するスプリングと、前記主弁体の前記弁座と反対側の端部に設けられたパイロット圧ダイヤフラムによって壁の一部が形成されてパイロット圧流体を受け入れるパイロット圧室と、前記パイロット圧室を大気に開放するノズルと、前記ノズルの出口に対して接離させられるパイロット弁体とを具え、且つ、前記流体通路と、前記弁座と、前記主弁体の少なくとも前記流体通路内に位置する部分と、前記主弁ダイヤフラムとが耐食性材料からなることを特徴とする腐食流体用制御弁により、前記の課題を解決した。
【０００６】
【作用】
本発明の腐食流体用制御弁は、流体通路と、弁座と、主弁体の少なくとも流体通路内に位置する部分と、主弁ダイヤフラムとに耐食性材料を使用しているので、腐食流体の流量調節を行うことができる。
【０００７】
また、主弁ダイヤフラムは、流体通路に設けられて、主弁体と基部との間を密閉し、主弁体と基部との間からの腐食流体の漏れを防止する。さらに、主弁体は主弁ダイヤフラムによって基部に設けられているため、速やか且つ円滑に作動する。しかも、主弁ダイヤフラムに対して摺動する部品がなく、主弁ダイヤフラムは、摩耗させられることなく、長期間、主弁体と基部との間の密閉状態を保持する。
【０００８】
本発明の腐食流体用制御弁の主弁体は、通常、スプリングによって弁座から離れる方向に付勢されて、主弁体の一端と弁座との間に隙間が生じている。
また、パイロット弁体とノズルの出口との間にも隙間が生じている。この隙間の大きさはコイルへの通電制御によって変えることができる。
【０００９】
パイロット圧室には、常時パイロット圧流体が流入しており、パイロット圧ダイヤフラムにパイロット圧流体の圧力が加わっている。パイロット圧室に流れ込んだパイロット圧流体はノズルの出口から大気中に流出する。パイロット圧流体の流出量は、ノズルの出口とパイロット弁体との隙間によって決まる。
【００１０】
ノズルの出口とパイロット弁体との間の隙間が広いとパイロット圧流体の流出量が多くなり、パイロット圧室内の圧力は低くなる。逆に、隙間が狭いと流出量が少なくなり、パイロット圧室内の圧力は高くなる。
【００１１】
前記隙間の大きさは、コイルへの通電制御によって、制御される。
その制御の結果、パイロット圧室内の圧力が低くなると、主弁体がスプリングによって弁座から離間させられ、主弁体の一端と弁座との間の隙間が広くなり、流体通路内の腐食流体の流量は多くなる。
逆に、パイロット圧室内の圧力が高くなると、主弁体がスプリングに抗して弁座に接近させられ、主弁体の一端と弁座との間の隙間が狭くなり、流体通路内を流れる流量は少なくなる。
【００１２】
制御弁内の圧力関係は次のようになっている。
流体通路の流入口内の圧力をＰ１、流出口内の圧力をＰ２、パイロット圧室内の圧力をＰｓ、スプリングの弾力をＦ、主弁ダイヤフラムの有効面積をＡ１、弁座の有効面積をＡ２、パイロット圧ダイヤフラムの有効面積をａとすると、
Ｐ１（Ａ１−Ａ２）＋Ｐ２・Ａ２＋Ｐｓ・ａ−Ｆ＝０
Ｐ１＝［Ｆ／（Ａ１−Ａ２）］−［ａ／（Ａ１−Ａ２）］・Ｐｓ−［Ａ２／（Ａ１−Ａ２）］・Ｐ２の関係にある。
【００１３】
弁座の有効面積Ａ２が主弁ダイヤフラムの有効面積Ａ１に比べて小さい場合には、上式右辺第３項は無視することができ、流入口内の圧力Ｐ１は、流出口内の圧力Ｐ２の影響を受けないことが分かる。従って、流体は、流出口内の圧力の影響を受けることなく流体通路を流れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
制御弁２０は、基部２１の流体通路２２の途中に形成された弁座２３に主弁体２４が接近離間して、塩化水素ガス、高温水蒸気等の腐食流体に対する開度を調節する制御弁である。
【００１５】
弁座２３と主弁体２４は、ポペットタイプの弁を構成している。
なお、後述するベース２５、主弁ダイヤフラム３２がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：商品名テフロン）であり、主弁板５０がポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐食性プラスチック製であるため、制御弁２０は、腐食流体に使用することができる。
【００１６】
基部２１は、ベース２５とカバー２６が重ね合わされて形成されている。
基部２１には、流体通路２２が形成されている。流体通路２２の途中には、弁座２３が形成されている。基部２１には、主弁体２４を収納する空洞２７が形成されている。
【００１７】
主弁体２４は、上部に鍔２９を有する主弁本体３０と板状の主弁板５０とで構成されている。主弁本体３０と主弁板５０はボルト２８によって一体化されている。鍔２９とカバー２６との間には、主弁体２４を上方へ付勢するスプリング３１が設けられている。
【００１８】
主弁ダイヤフラム３２は、可撓性を有する膜状の部材である。
主弁ダイヤフラム３２は、ベース２５とカバー２６との間にボルト３６，３６によって挟持されて、ベース２５とカバー２６との間をシールするとともに、流体通路２２の内壁３４の一部を形成している。主弁ダイヤフラム３２には、主弁体２４が設けられている。主弁ダイヤフラム３２の裏側は、空気抜き孔３３によって外部に開放されている。
【００１９】
主弁体２４は、主弁ダイヤフラム３２によって基部２１に設けられている。
この構成によって、次の利点が生じる。
(1) 主弁ダイヤフラム３２が主弁体２４と基部２１との間を従来のＯリング１５（図２参照）の代わりに密閉し、主弁体２４と基部２１との間からの腐食流体の漏れを防止する。
(2) 主弁ダイヤフラム３２に対して摺動する部品がなく、主弁ダイヤフラム３２は、摩耗することがなく、主弁体２４と基部２１との間を長期間密閉する。
(3) 主弁体が速やか且つ円滑に作動し、腐食流体用制御弁２０の応答性が向上する。
【００２０】
パイロット圧ダイヤフラム３５は、布入りのゴム製の膜状の部材であり、可撓性を有して耐久性に優れている。
パイロット圧ダイヤフラム３５は、カバー２６とパイロット弁基部５４との間にボルト３７，３７によって挟持されて、主弁体２４の上部に取り付けられて、カバー２６とパイロット弁基部５４との間をシールする。
【００２１】
パイロット圧ダイヤフラム３５によって仕切られた空洞２７の上部の部屋は、窒素、エア等の正圧のパイロット圧流体が流れ込むパイロット圧室３８である。
空洞２７の下部の部屋は、空気抜き孔３３によって外部に開放されている。この空気抜き孔３３によって、主弁体２４の上下動作が円滑になる。
パイロット圧室３８は、オリフィス４０によってパイロット圧流体源に接続され、ノズル４１によって大気に開放されている。
【００２２】
ノズル４１の出口の上方には、コイル部４２が具えられている。
コイル部４２のコア４３はマグネット４４、ヨーク４５、ハウジング４６を介してパイロット弁基部５４に固定されている。コア４３を受け入れているコイル４７にはノズル４１の出口と対向するパイロット弁体４８を有している。コイル４７は、板ばね５３によってハウジング４６に支持されている。コイル４７はコネクター４９を介して外部に電気的に接続されている。
コネクター４９には、制御用電子回路（図示省略）が内蔵されている。
【００２３】
制御用電子回路は、制御対象の圧力を検知し、検知された圧力と設定圧とを比較し、その差がなくなるようにコイル４７の電流制御を行なうべく、ノズル４１とパイロット弁体４８との間の隙間を調節する回路であるが、詳細な説明は省略する。
【００２４】
次に、腐食流体用制御弁２０の動作を説明する。
通常、主弁体２４はスプリング３１によって弁座２３から離れる方向に付勢されて、主弁板５０と弁座２３との間に隙間が生じている。
また、パイロット弁体４８とノズル４１の出口との間にも隙間が生じている。この隙間の大きさはコイル４７への電流制御によって変えることができる。
【００２５】
パイロット圧室３８には、常時パイロット圧流体が流入しており、パイロット圧ダイヤフラム３５にパイロット圧流体の圧力が加わっている。なお、パイロット圧室３８に流れ込んだパイロット圧流体はノズル４１から大気中に流出されている。パイロット圧流体の流出量は、ノズル４１の出口とパイロット弁体４８との隙間の大きさによって決まる。隙間が広いとパイロット圧流体の流出量が多くなり、パイロット圧室３８内の圧力は低くなる。逆に、隙間が狭いと流出量が少なくなり、パイロット圧室３８内の圧力は高くなる。
【００２６】
そこで、コイル４７への通電を制御することによって、ノズル４１の出口とパイロット弁体４８の隙間を制御することができる。
パイロット圧室３８内の圧力が低くなると、主弁体２４がスプリング３１によって弁座２３から離間させられ、主弁板５０と弁座２３との間の隙間が広くなり、流体通路２２内の腐食流体の流量は多くなる。
逆に、パイロット圧室３８内の圧力が高くなると、主弁体２４がスプリング３１に抗して弁座２３に接近させられ、主弁板５０と弁座２３との間の隙間が狭くなり、流体通路２２内を流れる流量は少なくなる。
【００２７】
流体通路２２の流出口５１は排気ダクト或いは真空ポンプに接続され、流体通路２２の流入口５２は半導体製造装置のような制御対象に接続されている。また、オリフィス４０はパイロット圧源に接続されている。流出口５１内と、流入口５２内の圧力は負圧である。
【００２８】
制御弁２０内の圧力関係は次のようになる。
流体通路の流入口内の圧力をＰ１、流出口内の圧力をＰ２、パイロット圧室内の圧力をＰｓ、スプリングの弾力をＦ、主弁ダイヤフラムの有効面積をＡ１、弁座の有効面積をＡ２、パイロット圧ダイヤフラムの有効面積をａとすると、
Ｐ１（Ａ１−Ａ２）＋Ｐ２・Ａ２＋Ｐｓ・ａ−Ｆ＝０
Ｐ１＝［Ｆ／（Ａ１−Ａ２）］−［ａ／（Ａ１−Ａ２）］・Ｐｓ−［Ａ２／（Ａ１−Ａ２）］・Ｐ２の関係にある。
【００２９】
弁座２３の有効面積Ａ２が主弁ダイヤフラム３２の有効面積Ａ１に比べて小さい場合には、上式右辺第３項は無視することができ、流入口５２内の圧力Ｐ１は、排気ダクト内の圧力或いは真空ポンプの圧力、すなわち、流出口５１内の圧力Ｐ２の影響を受けないことが分かる。
なお、スプリング３１の弾力Ｆとパイロット圧室内の圧力Ｐｓを適宜設定することにより、主弁体２４の動きを最適な動きに調整することが可能であることは勿論である。
【００３０】
本発明の制御弁は、次の効果を奏する。
(1) 腐食流体の接触部分が耐食性材料からなるので、腐食性流体に使用することができる。
(2) 主弁体が主弁ダイヤフラムによって基部に設けられているため、主弁体の動作が速やか且つ円滑になり、腐食流体の圧力変化に対する応答性を向上させることができる。さらに、小流量制御が容易になる。
(3) 主弁ダイヤフラムに対して接触して摺動する部品がないため、主弁ダイヤフラムに摩耗が生じることなく、長期間、主弁体と基部との間の密閉状態を保持し、腐食流体の漏れを防止することができる。
【００３１】
さらに、本発明の制御弁は、次の効果を奏する。
(4) 主弁体を作動させるパイロット圧流体の流出量制御を電磁式で行なっているため、小電力ですむとともに、制御弁全体を小型にすることができる。また、制御弁の全体的製造コストを下げることができる。
(5) 制御弁内の圧力バランスを取ることができるので、外部からの急激な圧力変化および腐食流体の流量変化に対して、瞬時に応答し、設定圧を安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の制御弁の流体通路に沿った正面断面図。
【図２】  従来の制御弁の概略図。
【符号の説明】
２０  腐食流体用制御弁    ２１  基部            ２２  流体通路
２３  弁座                ２４  主弁体          ３１  スプリング
３２  主弁ダイヤフラム    ３４  内壁
３５  パイロット圧ダイヤフラム
３８  パイロット圧室      ４１  ノズル          ４８  パイロット弁体
【図１】
0003716026.tif 000002
【図２】
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