(57)【要約】【課題】コンパクトで流量安定性の高い流量制御弁の提供。【解決手段】樹脂で形成されたボディ部１１に設けられた第１流路１３と、第１流路１３に接続する弁孔１３ａと、弁孔１３ａの周囲を囲んで設けられた弁座１５と、弁座１５の周囲に設けられた弁室１６と、弁室１６と接続する第２流路１４と、弁室１６に流入する流量を調整する流量調節ロッド２３を備え、流量を制御する流量制御弁１０において、流量調節ロッド２３を調節することで弁体１２の開度を変化させて流量を調節し、弁座１５は、弁孔１３ａの外周部分に、弁体１２が弁座１５に当接した際に弁孔１３ａが縮径方向に変形することを防止する環状凹部１１ａを有していること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂で形成された弁本体に設けられた第１流路と、前記第１流路に接続する弁孔と、前記弁孔の周囲を囲んで設けられた弁座と、前記弁座の周囲に設けられた弁室と、前記弁室と接続する第２流路と、前記弁室に流入する流量を調節する流量調節ロッドを備え、流量を制御する流量制御弁において、
前記流量調節ロッドを調節することで弁体の開度を変化させて前記流量を調節し、
前記弁座は、前記弁孔の外周部分に、前記弁体が前記弁座に当接した際に前記弁孔が径方向に変形することを防止する、環状凹部を有していることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載された流量制御弁において、
前記弁座を、前記弁孔の中心線を通過する断面で切断した際に、
前記弁座と前記弁体の当接部から前記弁孔の縁部までを結ぶ直線と、前記当接部を通過する前記弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ１とし、
前記当接部側の前記環状凹部の縁を通過する、前記当接部から前記弁孔の縁部までの稜線の接線と、前記当接部を通過する前記弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ２とし、
前記弁孔の縁部側の前記環状凹部の縁を通過する、前記稜線の接線と、前記弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ３とした場合、
θ２の値がθ１の値より小さく、θ３の値がθ１の値よりも大きくなることを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された流量制御弁において、
前記弁座を、前記弁孔の中心線を通過する断面で切断した際に、
前記弁座と前記弁体の当接部から前記弁孔の縁部までを結ぶ稜線部に、前記中心線と直交する部分と、前記中心線と平行な部分とで前記環状凹部を構成することを特徴とする流量制御弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された流量制御弁において、
前記弁体に円錐状突起と、前記円錐状突起の外周に環状シール部を備え、
前記流量調節ロッドを操作することで、前記弁孔の内部に前記円錐状突起が挿入され、流量の調整が可能であり、
前記環状シール部が前記弁座に当接することで、流体を遮断することを特徴とする流量制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載された流量制御弁において、
前記弁座が前記環状シール部に当接した状態の前記円錐状突起と前記弁孔の縁部との距離が、使用中に前記弁座が変形する高さを想定し、前記円錐状突起と前記弁孔の縁部が、前記弁座の変形後も当接しないよう設定されることを特徴とする流量制御弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された流量制御弁において、
前記弁座の外周側のテーパ角度を内周側よりも緩やかにし、前記弁座に肉厚を持たせたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された流量制御弁において、
前記流量調節ロッドを弁閉方向に付勢する弾性体を備え、
前記弾性体の復元力によって前記流量調節ロッドに付勢することで、前記流量調節ロッドのバックラッシを吸収することを特徴とする流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量を調整、遮断する流量制御弁において、特に微少領域での流量制御性を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、微少量の薬液を使用するケースも多く、微少量の薬液をコントロールする技術が要求されている。
微少量の薬液供給が要求される背景には、ウェハ上に膜状に薬品を塗布するために、薬液を少量滴下して遠心力等で広げるなどの技術が発達してきたことや、使用される薬品が特殊化して高価なものを必要とするため、無駄に消費したくない等の理由が挙げられる。
したがって、特に半導体製造工程などで微少量の薬液を正確に供給する技術は必要とされており、このような技術は、従来から様々なものが考案されている。例えば、特許文献１乃至特許文献４にも、微少流量を制御する弁に関する技術が紹介されている。
【０００３】
特許文献１の「流量制御弁」は、１つの弁本体に流量制御部と、流体遮断部を備えた弁である。
流量制御部には、調整ネジが接続されたニードル状の弁体が備えられ、調整ネジによってニードルの位置を上下させることで、流路の開口部にニードル状の弁体を差し込み、開口面積を変え、流量を調整できる構造となっている。
一方、流体遮断部は、ニードルの外周に円環状に設けられ、エアで駆動するピストンに連動して弁座に当接又は離間させることで、流体を制御する構造となっている。
１つの弁本体で、流量制御部と流体遮断部を備えているために比較的コンパクトに構成可能である。
【０００４】
特許文献２の「流量調整弁」は、流体遮断弁と流量制御弁を同一ブロック上に並べて構成される弁である。
流体遮断弁は、エアで駆動するピストンに接続された弁体が、弁座に当接又は離間することで、流体を制御する構造となっている。
流量制御弁は、ニードル状の弁体を開口部に差し込む構成となっており、特許文献１と同様に流量を調整できるようになっている。
【０００５】
特許文献３の「流量制御弁」は、流量調整機能を備えた開閉弁とサックバックバルブとが同一ブロック上に並べられて構成される弁である。
このうち、流量調整機能を備えた開閉弁は、エアで駆動するピストンに接続されたフラット形状の弁体を弁座に当接離間させて、流体を遮断、連通する構造となっており、この弁体に調整ネジを備えることで、弁座の開度を調整できるような構造になっている。
この構成の開閉弁は一般的であり、複雑な加工が必要ではないので、弁体のコストを下げることができる。
【０００６】
特許文献４の「流量調整弁」は、流量調整を目的とした弁であり、流体を遮断する機能も備えている。
流量を調整するための弁体はテーパ状になっており、流路の開口部にこのテーパ状突起を差し込むことで、流量の調整が可能となっている。テーパ状突起には、調整用のネジが備えられていて、調整はネジで行うことになる。
また、テーパ状突起の周囲には、円環状の凸部が設けられており、ネジを締め切ることで、流体を遮断することが可能である。
調整用の弁体がニードル状である場合、開口部の縁と接触することでパーティクルを発生する虞があるが、このように外周部に円環状の凸部を設け、ストッパとして使用することで、流体の遮断機能を得ると共に、テーパ状突起の変形を防止することを可能としている。
【特許文献１】特開平１０―２７４３４５号公報
【特許文献２】特開２００１―２６３５０７号公報
【特許文献３】特開２００３―３２２２７５号公報
【特許文献４】特開２００５―１５５８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には以下に示すような問題があった。
（１）弁本体が大きくなる。
特許文献２に示したような流量制御弁と流体遮断弁が別々に設けられて別に制御される場合は、弁自体が大きくなるという問題がある。
これは特許文献１についても同じことが言える。特許文献１の流量制御弁は、１つの弁本体に流量制御部と流体遮断部を備えているために、特許文献２よりも比較的コンパクトに構成であるが、流量制御部の外周部に流体遮断部を設けているため、外径が大きくなってしまう。
すなわち、特許文献１及び特許文献２のように、流量制御する部分と流体遮断する部分を別々に設けるようにすると、弁本体が大きくなってしまうことになる。弁本体が大きくなると、設備の巨大化に繋がり、配管長が長くなる等、ロスが大きくなる。
【０００８】
（２）流量安定性に問題がある。
一方、特許文献３や特許文献４に示されるように１つの弁体が流量制御機能と流体遮断機能を兼ねていれば、流量制御弁の小型化は可能であるが、流体の遮断を繰り返すと流量安定性が悪化してしまうという問題がある。
これは、弁ボディと弁体に使用している樹脂が、ＰＴＦＥ等のクリープ変形の影響の大きな樹脂であるという点に起因する。
流量制御弁は半導体製造ラインなどに用いることを前提にすると、腐食性の高い薬液を使用する為に、耐食性の良い樹脂を使う必要がある。
現在最も良く用いられているのがＰＴＦＥ等の樹脂であるが、このＰＴＦＥ等の樹脂は降伏点以下の応力が与えられたとしても繰り返し応力が与えられることで、クリープ変形という現象によって変形してしまうことが知られている。
【０００９】
このため、特許文献３及び特許文献４のように開口部付近を押圧すると、応力の影響が開口部にも及び、オリフィス径が変化してしまうことがある。
このような変化は、微少流量を制御する流量制御弁としては致命的であり、オリフィス径の変化によって、流量が変わってしまうため、供給される薬液の流量に変化が生じることで、不良の原因になってしまうという問題がある。
特許文献３及び特許文献４において、流体遮断機能を使用しなければ、このような問題は起きないが、それでは結果的に特許文献１のように本体とは別に流体遮断弁を必要とするため（１）の問題が解決できなくなってしまう。
【００１０】
つまり、特許文献１乃至特許文献４に示されるような従来技術では、上述した（１）弁本体が大きくなる（２）流量安定性が悪いという、２つの課題を同時に解決することは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明ではこのような問題を解決するためになされたものであり、コンパクトで流量安定性の高い流量制御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】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の以下のような特徴を有する。
（１）樹脂で形成された弁本体に設けられた第１流路と、前記第１流路に接続する弁孔と、前記弁孔の周囲を囲んで設けられた弁座と、前記弁座の周囲に設けられた弁室と、前記弁室と接続する第２流路と、前記弁室に流入する流量を調節する流量調節ロッドを備え、流量を制御する流量制御弁において、前記流量調節ロッドを調節することで弁体の開度を変化させて前記流量を調節し、前記弁座は、前記弁孔の外周部分に、前記弁体が前記弁座に当接した際に前記弁孔が径方向に変形することを防止する、環状凹部を有していることを特徴とする。
【００１３】
（２）（１）に記載された流量制御弁において、前記弁座を、前記弁孔の中心線を通過する断面で切断した際に、前記弁座と前記弁体の当接部から前記弁孔の縁部までを結ぶ直線と、前記当接部を通過する前記弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ１とし、前記当接部側の前記環状凹部の縁を通過する、前記当接部から前記弁孔の縁部までの稜線の接線と、前記当接部を通過する前記弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ２とし、前記弁孔の縁部側の前記環状凹部の縁を通過する、前記稜線の接線と、前記弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ３とした場合、θ２の値がθ１の値より小さく、θ３の値がθ１の値よりも大きくなることを特徴とする。
【００１４】
（３）（１）又は（２）に記載された流量制御弁において、前記弁座を、前記弁孔の中心線を通過する断面で切断した際に、前記弁座と前記弁体の当接部から前記弁孔の縁部までを結ぶ稜線部に、前記中心線と直交する部分と、前記中心線と平行な部分とで前記環状凹部を構成することを特徴とする。
【００１５】
（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載された流量制御弁において、前記弁体に円錐状突起と、前記円錐状突起の外周に環状シール部を備え、前記流量調節ロッドを操作することで、前記弁孔の内部に前記円錐状突起が挿入され、流量の調整が可能であり、前記環状シール部が前記弁座に当接することで、流体を遮断することを特徴とする。
【００１６】
（５）（４）に記載された流量制御弁において、前記弁座が前記環状シール部に当接した状態の前記円錐状突起と前記弁孔の縁部との距離が、使用中に前記弁座が変形する高さを想定し、前記円錐状突起と前記弁孔の縁部が、前記弁座の変形後も当接しないよう設定されることを特徴とする。
（６）（１）乃至（５）のいずれかに記載された流量制御弁において、前記弁座の外周側のテーパ角度を内周側よりも緩やかにし、前記弁座に肉厚を持たせたことを特徴とする。
【００１７】
（７）（１）乃至（６）のいずれかに記載された流量制御弁において、前記流量調節ロッドを弁閉方向に付勢する弾性体を備え、前記弾性体の復元力によって前記流量調節ロッドに付勢することで、前記流量調節ロッドのバックラッシを吸収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
このような特徴を有する本発明の流量制御弁により、以下のような作用、効果が得られる。
（１）流量を制御する樹脂性の弁本体を備える流量制御弁において、流量調節ロッドを調節することで弁体の開度を変化させて流量を調節し、弁座は、弁孔の外周部分に、弁体が弁座に当接した際に弁孔が径方向に変形することを防止するための環状凹部を有していることを特徴とする。
弁座に腐食を防ぐためにＰＴＦＥやＰＦＡ等の樹脂を用いる場合、クリープ変形現象に注意する必要がある。
クリープ変形現象は、樹脂成形品に降伏応力域ではなく弾性域の応力を与え続けることで、徐々に変形していくような現象を言う。このような変形は、与圧が除去されると徐々に元に戻る特性がある。
樹脂製の弁本体を備える流量制御弁においても、弁体が弁座に当接する際に弁座に与える応力が、繰り返し与えられることで、次第に弁座に圧縮方向のクリープ変形現象による変形が発生する。このクリープ変形現象は弁孔の内壁面にも及び、径方向への変形となって現れる虞がある。
【００１９】
後述の図１５に示すシミュレーション結果によって出願人が発見した事実によれば、弁座に加えられた応力は弁孔の内壁面にまで達していることが示されており、樹脂ボディを採用している流量制御弁では、この弁座に与えられた応力によって、クリープ変形現象を起こし、弁孔が縮径方向に変形してしまう虞がある。
弁座に与えられた応力は弁本体を伝播するが、流量制御弁のコンパクト化のために弁座と弁孔の距離が近くなると、弁孔の内壁面にまでこの応力の影響が及ぶこととなり、弁孔の壁面では伝播された応力がクリープ変形現象による変形となって現れる。
しかし、環状凹部を弁座に設けることで、環状凹部によって弁座が空間的に切り取られ、弁座に加えられた応力の影響が弁孔の内壁面にまで伝播することを抑制することが可能となる。この結果は、後述の図５に示すシミュレーションの結果が示す通りであり、環状凹部を設けることで、応力が伝播する方向を逸らし、伝播距離を伸ばすことで、弁孔の縮径方向へのクリープ変形現象を抑制することができる。
また、弁座に付勢される応力によって、場合によっては弁孔の拡径方向への変形も考えられ、特に弁孔の縁部分の径が拡大すると流量が変化してしまうことも考えられるが、このようなクリープ変形現象も抑制が期待できる。
【００２０】
流量を制御する流量制御弁、特に微少流量を制御する場合においては、弁体が弁座に当接した際に発生する応力によって発生するクリープ変形現象が、弁孔の縮径方向、又は弁孔の縁部の拡径方向への微小な変形となって現れる場合にも、流量の影響を受けてしまい、正確な制御が難しくなる。
したがって、本発明によってこのような応力による弁孔の径方向の変化の影響を回避できることは流量安定性の向上に繋がる。また、流量調節部と流体遮断部の機構を分離する必要がなくなるため、流量制御弁の弁本体を小さくすることができ、設備の縮小に貢献できる。
つまり、本発明によりコンパクトで流量安定性の高い流量制御弁の提供が可能となる。
【００２１】
（２）また、弁座を、弁孔の中心線を通過する断面で切断した際に、弁座と弁体の当接部から弁孔の縁部までを結ぶ直線と、当接部を通過する弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ１とし、当接部側の環状凹部の縁を通過する、当接部から弁孔の縁部までの稜線の接線と、当接部を通過する弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ２とし、弁孔の縁部側の環状凹部の縁を通過する、稜線の接線と、弁孔の中心線と平行な直線とが成す角度をθ３とした場合、θ２の値がθ１の値より小さく、θ３の値がθ１の値よりも大きくなることを特徴とするので、θ２＜θ１及びθ１＜θ３という関係を作ることで、弁座と弁体の当接部から弁孔の縁部までを結ぶ直線をえぐる形で凹部を形成でき、弁座に環状凹部を形成することになる。
そして、θ２＜θ１及びθ１＜θ３とすることで環状凹部を形成し、弁座に加えられた応力の伝播する方向を逸らし、クリープ変形現象による弁孔の内壁面に変形が生じることを抑制できる。特にθ２の角度が小さくなれば、この抑制効果はより大きくなる。
【００２２】
（３）また、弁座を、弁孔の中心線を通過する断面で切断した際に、弁座と弁体の当接部から弁孔の縁部までを結ぶ稜線部に、中心線と直交する部分と、中心線と平行な部分とで環状凹部を構成することを特徴とするので、弁座と弁体の当接部から弁孔の縁部までを結ぶ稜線部に、中心線と直交する部分と、中心線と平行な部分とで環状凹部を構成するということは、即ち（２）で示すθ２＝０°、θ３＝９０°とすることを意味する。
これは、（２）で前述した通りθ２の値は小さい方が、応力の伝播方向を逸らす効果が高くなるので、（３）の構成を採れば（２）の効果をより確実に得ることができるからである。
【００２３】
（４）また、弁体に円錐状突起と、円錐状突起の外周に環状シール部を備え、流量調節ロッドを操作することで、弁孔の内部に円錐状突起が挿入され、流量の調整が可能であり、環状シール部が弁座に当接することで、流体を遮断することを特徴とするので、円錐状突起を弁孔に挿入することで流量を調整する方式を採用することで、微少量の設定を容易にすることが可能となる。
【００２４】
（５）また、弁座が環状シール部に当接した状態の円錐状突起と弁孔の縁部との距離が、使用中に弁座が変形する高さを想定し、円錐状突起と弁孔の縁部が、弁座の変形後も当接しないよう設定されることを特徴とするので、使用者が設備に組み込んで使用する際には、弁座が一定量潰れ、通常の使用状態ではそれ以上変形しない状態にあるので、円錐状突起と弁孔との距離が変化せず、時間経過とともに流量の変化が起きにくくなる。
これは、弁体が弁座に加える加重が一定量であるので、弁座の潰れ量は一定の範囲を超えると安定する傾向にあり、その関係を利用して使用者が流体制御弁を使用する際の弁孔の縁部と円錐状突起との距離が予測できるためである。そこで、工場での調整時には弁座の潰れシロを見越して、弁体の弁座に対する高さを設定してやることで、使用中に流量の変化が起きにくくすることができる。
また、弁座が変形した状態でも円錐状突起と弁孔の縁部が接触しないように設定されるために、流量の変化やパーティクルの発生を防ぐことが可能となる。
このようにして、流量安定性を確保することが可能となる。
【００２５】
（６）また、弁座の外周側のテーパ角度を内周側よりも緩やかにし、弁座に肉厚を持たせたことを特徴とするので、弁座に弁体が当接した際に、弁座部分が潰れる量が少なくなる。また、弁座の外周側を厚くすることで内側への倒れ込みを防止することが可能となる。
弁体と流量調節部が一体となっているため、弁座が潰れて距離が変化すると、調節部による微少調節量が変化してしまうこととなるが、弁座が潰れにくくなり、弁座の倒れ込みも防止できることで、このような流量の変化を防止することができる。
【００２６】
（７）また、流量調節ロッドを弁閉方向に付勢する弾性体を備え、弾性体の復元力によって流量調節ロッドに付勢することで、流量調節ロッドのバックラッシを吸収することを特徴とするので、微少流量の調整において、流量の誤差を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の本実施例について図面を用いて説明する。最初に第１実施例の構成について説明する。
（第１実施例）
図１に、第１実施例の流量制御弁が開状態である断面図を示す。
流量制御弁１０は、図１に示すように、ボディ部１１、機構部２０からなる。ボディ部１１はＰＦＡ等の樹脂で作られており、耐薬品性に優れている。
ボディ部１１には、第１流路１３、第２流路１４、弁座１５、及び弁室１６が設けられている。第１流路１３は、弁孔１３ａを介して弁室１６に接続され、弁室１６に連通する第２流路１４に接続される構成となっており、薬液などの流体を流通させる。
第１流路１３を内部に有する筒状部１７の頂部には、弁孔１３ａを囲むように円環状に弁座１５が形成されている。
弁孔１３ａと弁座１５を接続する稜線部分には、環状凹部１１ａを備えている。この環状凹部１１ａは、弁孔１３ａの中心線を通るようにボディ部１１を切断した場合、図１に示すように、弁孔１３ａの中心線と平行な部分と、弁孔１３ａの中心線と直角な部分から成る。つまり、弁座１５の一部に設けられた環状凹部１１ａは、弁孔１３ａと弁座１５を繋ぐ直線を直角に切り取った形で構成されている。
【００２８】
一方、機構部２０には、アクチュエータボディ２１、ピストン２２、流量調節ロッド２３、第１スプリング２４、第２スプリング２５、操作ポート２６、及び排気ポート２７等が備えられている。アクチュエータボディ２１はＰＰＳ等で形成されており、アクチュエータボディ２１とボディ部１１の間には、弁体１２が挟み込まれて、取り付けられている。
図１では、流量制御弁１０はノーマルクローズタイプの単動式駆動機構を備えているが、ノーマルオープンタイプでも、復動式でも適用可能であることは言うまでもない。
第１実施例を示す図１の流量制御弁１０は、操作ポート２６に操作エアが供給されると上昇するピストン２２が備えられており、ピストン２２には、ピストン２２の外周とアクチュエータボディ２１との間にパッキンを備える他、ピストン２２の上部に第１スプリング２４と第２スプリング２５という２種類のばねを備えている。
第１スプリング２４は、操作ポート２６から操作エアが供給されなくなった時に、ピストン２２を流量制御弁１０の図１下側に移動させる役割を果たしている。
一方、第２スプリング２５は、流量調節ロッド２３とピストン２２の間のガタを無くすために、一端を流量調節ロッド２３に他端をピストン２２に接するように備えられている。この第２スプリング２５は、第１スプリング２４よりもばね荷重が低いものを選択している。
【００２９】
流量調節ロッド２３は、細かなピッチのネジ部をロッド外周部に備え、上部に備えているつまみ２８を回転させることで、機構部２０に設けられているネジ部に沿って上下に移動する。
図２に、図１の弁座周りを拡大した弁閉時の詳細図を示す。また、図３には、図１の弁座周りを拡大した弁開時の詳細図を示す。
弁体１２は、ＰＴＦＥ等の樹脂で形成されており、中央部にニードル１２ａ及び、その周囲にシール部１２ｂ、及びダイヤフラム膜部１２ｃを備えている。この弁体１２は弁体保持部１８に取り付けられ、ピストン２２の動作に合わせて上下する。
弁体１２の備えるニードル１２ａは円錐形状をしており、図２に示すように、弁孔１３ａの開口部分に挿入される。そして、弁孔縁部１３ｂとニードル１２ａの隙間によって流量が調整されることになる。なお、このニードル１２ａはニードル１２ａの開口部よりも根本の部分が太くなっている。このことにより、弁孔縁部１３ｂとニードル１２ａの隙間を極力狭くすることができ、微少流量の調整を可能としている。
一方、シール部１２ｂはニードル１２ａの周囲に形成され、図２に示すように弁座１５に当接する。このシール部１２ｂは弁座１５に当接した際に、弁体保持部１８に後ろからバックアップされ、弁体保持部１８と弁座１５でシール部１２ｂを挟んだ状態となる。弁体保持部１８は例えばステンレス鋼や弁体１２よりも硬度の高い例えばＰＰＳ等の樹脂で形成されており、シール部１２ｂをバックアップできるようになっている。また、シール部１２ｂは薄く構成されている。
【００３０】
次に、上記構成を備える第１実施例の作用について説明を行う。
前述したように、機構部２０は操作エアによってピストン２２を上下させる機能を備えており、操作ポート２６に操作エアを供給することで、ピストン２２を抑えている第１スプリング２４及び第２スプリング２５の反力に打ち勝って、ピストン２２は図１の上側に上昇する。この際、微細ながら重力の影響もあるか、重力に対して第１スプリング２４及びつまみ２８より供給される操作エアの圧力は十分に大きく、無視しうるものであるため、流量制御弁１０の取り付け方向については制限されるものではない。
このようにしてピストン２２が図１の上側に上昇すると、アクチュエータボディ２１に備えるストッパ又は流量調節ロッド２３の下端にピストン２２の上端が当たり、その動作は停止する。なお、第１スプリング２４及び第２スプリング２５が備えられる空間に溜まっていた空気は、排気ポート２７から適宜排出されるものとする。
ピストン２２が上昇すると、ピストン２２に接続されている弁体保持部１８も上昇し、図１及び図３に示すように、弁開状態となる。すなわち、弁座１５とシール部１２ｂが離間し、第１流路１３と第２流路１４が弁孔１３ａ及び弁室１６を介して連通するので、流体が、第１流路１３から第２流路１４を通過することができるようになる。
【００３１】
このときに通過する流体の流量を調整したい場合は、流量調節ロッド２３に備えられるつまみ２８を回転させて、流量調節ロッド２３の位置を変えることで調整が可能である。流量調節ロッド２３の外側に切られているネジのピッチは十分に細かく、つまみ２８の回転によって流量を細かく変更可能である。なお、必要に応じて流量調節ロッド２３の外側に切られているネジのピッチを変更したり、特許文献２などに記載される差動ネジのような機構を適用したりすることを妨げない。
つまみ２８を回転させることで、流量調節ロッド２３のアクチュエータボディ２１に対する入り込み量を変更することができるため、ピストン２２の上下する高さを変更が可能で、それにしたがい弁体１２の上昇位置の変更が可能となる。
なお、流量調節ロッド２３とピストン２２の間に備えられる第２スプリング２５の働きによって、流量調節ロッド２３とピストン２２の間のガタを無くしている。よって、流量調節ロッド２３とピストン２２は直接的に結合される必要がなく、複雑な機構を必要としないでガタを無くすことができる。
【００３２】
流量調節ロッド２３のアクチュエータボディ２１に対する入り込み量の変更によって、弁体１２の上端が決定されることで、ニードル１２ａの弁孔１３ａに対する入り込み量が調整され、流量が決定される。
具体的には、図２及び図３に示されるように、流量制御弁１０を流れる液体の流量は、弁孔縁部１３ｂの開口面積から、ニードル１２ａの先端を弁孔縁部１３ｂが構成する平面で切り取ったときのニードル１２ａの面積を差し引いたドーナツ状の面積で決定される。
したがって、ニードル１２ａの弁孔１３ａに対する入り込み量が増えれば増えるほど、即ち、弁体１２の開度が流量調節ロッド２３によって規制され、上昇位置が下がるほど、流量は減少することになる。
【００３３】
一方、図１に示される操作ポート２６に操作エアが供給されなくなると、第１スプリング２４の復元力によって、ピストン２２の位置は、図１下側に向けて下がることになる。なお、第１スプリング２４及び第２スプリング２５が備えられる空間には、排気ポート２７を通じて必要なだけ空気が流入することになる。
そして、ピストン２２の下降に伴い、弁体１２も下降して、シール部１２ｂと弁座１５は当接し、第１流路１３から第２流路１４を流通していた流体は遮断される。
この弁閉状態の弁体１２の様子を示したのが図２であり、弁閉状態では、シール部１２ｂは弁座１５に当接し、若干シール部１２ｂが弁座１５を押し潰すような形で完全に流体を遮断する。
このとき、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂはギリギリ接触しない位置に設定されている。これは、弁孔縁部１３ｂにニードル１２ａが接触してしまうと、弁孔縁部１３ｂ又はニードル１２ａに微細な変形が出るために、流量が変化してしまう他、パーティクル発生の原因ともなり、好ましくないためである。
【００３４】
このニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの距離については、出願人が確認した図４に示す変形量を参考にして決定する。
図４は、流量制御弁の弁閉時における弁座の変形と時間の関係を示したグラフを示す。縦軸には弁座１５の潰れ方向の変形量（ｍｍ）を示し、横軸には時間（ｓｅｃ）を示している。弁座１５の潰れ方向の変形量は、弁座１５に弁体１２が連続的に当接している状態での数値であるが、図４に示すように、２０００秒、つまり３０分程度経過すると、０．０１７ｍｍ程度潰れて、以降はその状態を維持している様子が分かる。
なお、この変形はクリープ変形現象であって塑性変形ではないので、除荷してやれば徐々に弁座１５は基の状態に復元していくが、第１実施例の流量制御弁１０はノーマルクローズタイプであるため、弁開状態にある時間はさほど多くない。したがって、この状態は使用中も維持されるものと考えられる。
したがって、３０分程度で状態が安定するため、出荷後、使用者が流量制御弁１０を設備に組み込んで使用する段階では、常に変形状態で使用されるものと考えられるので、工場での調整時には、この変形量を見込んで、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの距離を設定してやる必要がある。
なお、この変形量は第１スプリング２４のバネ定数と弁体１２の材質及び弁座１５の材質によっても左右され、またそれらの大きさや形状によっても左右されるため、それぞれを考慮した上で決定すべきである。
また、流量制御弁１０がノーマルオープンであったり、復動式であったりする場合には、図４をそのまま適用せずに、適宜考慮する必要がある。
【００３５】
次に、第１実施例の効果を以下に説明する。
図５に、図２をモデル化して応力解析を行った様子を示す。
また、これと比較のために、図１３及び図１４に図２及び図３に対応する環状凹部を備えていない流量制御弁の弁開時及び弁閉時の詳細図と、図１５に図１３をモデル化して応力解析を行った様子を示す。
まず、図１３及び図１４について説明する。図面では、第１実施例の流量弁と対応する部分は同じ記号を用いている。
図１３及び図１４に示される詳細図は、第１実施例の流量制御弁１０とほぼ構成は同じであるが、弁体１２が備えるシール部１２ｂの厚みや、筒状部１７の頂部に備える弁座１５の形状、及び環状凹部１１ａを備えていない点で異なる。その他の部分は、第１実施例で示した流量制御弁１０の構成に類似しているが、同条件での解析が可能であるように設定しているため、ここではその点については言及しない。
この図１３をモデルにして解析した結果が図１５であり、図５に対応する。
すなわち、図５と図１５の違いは、弁座１５に環状凹部１１ａが備えられるか否かという点と、弁座１５の断面形状の２点が異なる。
【００３６】
図５及び図１５に示すように、弁体１２が弁座１５に当接した状態で、第１スプリング２４に加圧されると、シール部１２ｂと弁座１５の頂部でお互いに応力がかかった状態となる。なお、第１スプリング２４によって加圧される力は、図５と図１５では同じ条件になるように設定した。
そして、応力の分布に関しては、区別しやすいように第１領域ａ、第２領域ｂ、第３領域ｃ、第４領域ｄの４段階で示している。第１領域ａはほぼ無負荷状態、第２領域ｂは応力の影響がある領域で、微小量だが変形する可能性のある領域、第３領域ｃは第２領域ｂよりも応力の強く働いている領域で、第４領域ｄは更に強い応力が働いている領域を示している。
なお、最も強い応力の働いている第４領域ｄにあっても、弁体１２及び弁座１５の素材の塑性変形域にまでは達していない状態に設定されている。
【００３７】
このように、図５及び図１５のいずれも、基本的にはシール部１２ｂと弁座１５の接触部分から遠ざかるにつれて、徐々に応力の影響が少なくなっているのがわかる。
ただし、図１３に比べて第１実施例の図２に示す弁座１５の方が、頂部からの角度が大きくなっており、変形しにくくなっている影響で、図１５では、シール部１２ｂと弁座１５の接触部分は、円形に応力の影響の少ない部分ができており、その周りを囲むように環状に第４領域ｄが形成されていることが分かる。これは、特許文献２乃至特許文献４でも同様の応力状態になっていると考えられる。
【００３８】
そして、注目すべき点は、図１５の第２領域ｂは、弁孔１３ａの内壁面にまで達している点である。
つまり、図１５が示すような、実施の形態を持つ流量制御弁１０の場合、微小ながらも弁孔１３ａの縮径方向に変形する可能性があることを示している。この変形はクリープ変形現象であるので、弁座１５から弁体１２が離間したとしても、その形状は保持される。
一方の図５に示す第１実施例の弁孔１３ａの内壁には、第２領域ｂは及ばずに第１領域ａに含まれていることがわかる。よって、変形等によって、弁孔１３ａの縮径方向の変化の虞はないことがわかる。
この結果は、シール部１２ｂと弁座１５の接触部が、弁孔縁部１３ｂから離れていることも少なからず影響を与えているが、弁座１５に環状凹部１１ａを設けることによって、弁座１５の一部が切り取られ、固体中を伝播する応力は、環状凹部１１ａの存在によってその伝達する方向が逸らされて、かつ、弁座１５と弁孔縁部１３ｂとを結ぶ稜線の長さは、弁座１５と弁孔縁部１３ｂを直線で結んだ場合よりも長くなることから、弁孔１３ａの内壁面まで届きづらくなっていると考えられる。
【００３９】
すなわち、弁座１５とシール部１２ｂの接触部で発生した応力は、接触部を起点として筒状部１７の中を伝達するが、環状凹部１１ａを設けることによって、弁座１５から弁孔縁部１３ｂまで直線で結んだ部分よりも筒状部１７側に空間が切り取られることになる。特に、弁孔１３ａの中心線と平行な部分と、弁孔１３ａの中心線と直角な部分から成り、弁孔１３ａと弁座１５を繋ぐ直線を直角に切り取った形で構成されているため、環状凹部１１ａの角部で応力が集中し、弁孔１３ａ内壁面への応力伝達を抑える役割を果たしている。
このように、弁座１５に環状凹部１１ａを設けることで、弁孔１３ａの縮径方向へのクリープ変形現象による変形を抑制することができるため、微少流量域での流量変化を抑えることが可能である。
【００４０】
また、弁体１２に流量制御部としてニードル１２ａを、流体遮断部としてシール部１２ｂを備え、駆動機構も共有することができるのでコンパクトに構成され、流量制御弁１０の小型化に貢献している。このため、設備の小型化に貢献する。
また、流量制御部と流量遮断部の駆動機構を共有しているので、構造が単純であり、コストを下げることにも貢献している。
また、弁座１５の形状について、図１３及び図１４に示す従来の流量制御弁１０よりも、図２及び図３の第１実施例の流量制御弁１０の方が、弁座１５の外周側の角度が大きくしてあることで、弁座１５自体が潰れにくくなっている。さらに、外周側の角度が大きいことで、弁座１５が潰れて弁孔１３ａ側へ倒れ込むことも防止できる。
この弁座１５の外周側の角度を大きくする目的から考えれば、内周側のテーパの角度も同様に大きくすることで効果はあるが、弁孔縁部１３ｂと弁座１５の距離が相対的に長くなることになるので、結果的に流量制御弁１０が大きくなってしまい、コンパクト化に反することとなる。従って、第１実施例では弁座１５の内周側はテーパの角度を大きくせず、外周側のテーパの角度を大きくしている。
この結果、弁座１５のクリープ変形による圧縮側への変形量を抑えて、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの距離の変化を抑え、弁座１５が内側に倒れ込むことによる、弁孔１３ａの縮径方向の変形を抑えることができる。
【００４１】
また、弁体１２に備えるシール部１２ｂについても、図１３及び図１４に示す従来の流量制御弁１０のシール部１２ｂの厚みに比べて薄くなっていることが分かる。これは、弁体１２に用いる材質がＰＴＦＥ等の比較的クリープ変形しやすい材質であるため、シール部１２ｂは薄くし、弁体保持部１８をバックアップとして補強してやることで、変形を防ぎ流量安定性を確保する狙いがある。
また、ピストン２２と流量調節ロッド２３の間に備える第２スプリング２５についても、従来は備えられていなかったが、流量調節ロッド２３を固定するためのロックナットを締めた際に、流量調節ロッド２３の外側に切られているネジのガタ分だけバックラッシが発生し、位置がずれてしまうことがある。このため、第２スプリング２５によって、常に一定方向に付勢しておくことで、流量調節ロッド２３のバックラッシが流量に与える影響を抑える効果がある。
【００４２】
微少流量の調整は、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの隙間の調整によって行われるが、その隙間が非常に狭くなるために、微細な他の影響も流量に大きな影響を与えてしまう。
第１実施例の流量制御弁１０によれば、これらの影響を抑え流量安定性を確保することが可能である。
また、図４に示したグラフの結果に基づいて、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの距離が設定されるために、工場での調整時に予定された距離で使用時も使用することが可能で、流量を適正に調整することが可能になる。
図６に、流量制御弁の弁閉時における弁座の潰れシロを示す部分拡大図を示している。
弁座１５は、図４に示したように潰れシロａだけ潰れることで、弁座１５に弁体１２が当接している際のニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの流量調整隙間ｂが近くなってしまう。
このように、弁体１２と弁座１５の相対位置が適正な位置に調整して工場出荷されないと、弁座１５が図４に示したような変形を起こすことで、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの距離が縮まることとなる。
ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂとの距離である流量調整隙間ｂは、微少流量を制御するために、もともと当接するか、当接しないかというギリギリのところを狙って設定される。このため、弁座１５の変形量によっては、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂが使用中に接触してしまい、結果的に流量が狂ってしまうという問題を発生したり、パーティクルを発生したりするという問題を引き起こしかねない。
したがって、工場出荷時に弁座１５の潰れシロａを予測して弁体１２と弁座１５の相対位置を決定しておくことは重要である。
【００４３】
以上に説明した、第１実施例の流量制御弁によれば、以下のような優れた作用、効果が得られる。
（１）樹脂で形成されたボディ部１１に設けられた第１流路１３と、第１流路１３に接続する弁孔１３ａと、弁孔１３ａの周囲を囲んで設けられた弁座１５と、弁座１５の周囲に設けられた弁室１６と、弁室１６と接続する第２流路１４と、弁室１６に流入する流量を調整する流量調節ロッド２３を備え、流量を制御する流量制御弁１０において、流量調節ロッド２３を調節することで弁体１２の開度を変化させて流量を調節し、弁座１５は、弁孔１３ａの外周部分に、弁体１２が弁座１５に当接した際に弁孔１３ａが径方向に変形することを防止する、環状凹部１１ａを有していることを特徴とする。
【００４４】
弁座１５に腐食を防ぐためにＰＴＦＥやＰＦＡ等の樹脂を用いる場合、クリープ変形現象に注意する必要がある。
樹脂製のボディ部１１を備える流量制御弁１０においても、弁体１２が弁座１５に当接する際に弁座１５に与える応力が、繰り返し与えられることで、次第に弁座１５に圧縮方向のクリープ変形現象による変形が発生する。このクリープ変形現象は弁孔１３ａの内壁面にも及び、縮径方向への変形となって現れる。
【００４５】
後述の図１５に示すシミュレーション結果によって出願人が発見した事実によれば、弁座１５に加えられた応力は弁孔１３ａの内壁面にまで達していることが示されており、樹脂ボディを採用している流量制御弁１０では、この弁座１５に与えられた応力によって、クリープ変形現象を起こし、弁孔１３ａが縮径方向に変形してしまう虞がある。
弁座１５に与えられた応力はボディ部１１を伝播するが、流量制御弁１０のコンパクト化のために弁座１５と弁孔１３ａの距離が近くなると、弁孔１３ａの内壁面にまでこの応力の影響が及ぶこととなり、弁孔１３ａの壁面では伝播された応力が開放されてクリープ変形現象による変形となって現れる。
しかし、環状凹部１１ａを弁座１５に設けることで、環状凹部１１ａによって弁座１５が空間的に切り取られ、弁座１５に加えられた応力の影響が弁孔１３ａの内壁面にまで伝播することを抑制することが可能となる。この結果は、後述の図５に示すシミュレーションの結果が示す通りであり、環状凹部１１ａを設けることで、応力が伝播する方向を逸らし、伝播距離を伸ばすことで、弁孔１３ａの縮径方向へのクリープ変形現象を抑制することができる。
また、弁座１５に付勢される応力によって、場合によっては弁孔１３ａの拡径方向への変形も考えられ、特に弁孔縁部１３ｂの径が拡大すると流量が変化してしまうことも考えられるが、このようなクリープ変形現象も抑制が期待できる。
【００４６】
流量を制御する流量制御弁１０においては、弁体１２が弁座１５に当接した際に発生する応力によって発生するクリープ変形現象が、弁孔１３ａの縮径方向、又は弁孔１３ａの拡径方向への微小な変形となって現れる場合にも、流量の影響を受けてしまい、正確な制御が難しくなる。
したがって、本発明によってこのような応力による弁孔１３ａの径方向の変化の影響を回避できることは流量安定性の向上に繋がる。また、流量調節部と流体遮断部の機構を分離する必要がなくなるため、流量制御弁１０のボディ部１１及び機構部２０を小さくすることができ、設備の縮小に貢献できる。
そして、流量調節部と流体遮断部の機構を別にしたことで、例えば特許文献１等のように構造が複雑になるようなこともない。
【００４７】
（２）（１）に記載された流量制御弁１０において、弁座１５を、弁孔１３ａの中心線を通過する断面で切断した際に、弁座１５と弁体１２の当接部から弁孔縁部１３ｂまでを結ぶ直線と、当接部を通過する弁孔１３ａの中心線と平行な直線とが成す角度をθ１とし、当接部側の環状凹部１１ａの縁を通過する、当接部から弁孔縁部１３ｂまでの稜線の接線と、当接部を通過する弁孔１３ａの中心線と平行な直線とが成す角度をθ２とし、弁孔縁部１３ｂ側の環状凹部の縁を通過する、稜線の接線と、弁孔１３ａの中心線と平行な直線とが成す角度をθ３とした場合、θ２の値がθ１の値より小さく、θ３の値がθ１の値よりも大きくなることを特徴とする。
【００４８】
このように、θ２＜θ１及びθ１＜θ３という関係を作ることで、弁座１５と弁体１２の当接部から弁孔縁部１３ｂまでを結ぶ直線をえぐる形で凹部を形成でき、つまり弁座１５に環状凹部１１ａを形成することになる。
そして、θ２＜θ１及びθ１＜θ３とすることで環状凹部１１ａを形成し、弁座１５に加えられた応力の伝播する方向を逸らし、クリープ変形現象による弁孔１３ａの内壁面に変形が生じることを抑制できる。特にθ２の角度が小さくなれば、この抑制効果はより大きくなる。
【００４９】
（３）（１）又は（２）に記載された流量制御弁において、弁座１５を、弁孔１３ａの中心線を通過する断面で切断した際に、弁座１５と弁体１２の当接部から弁孔縁部１３ｂまでを結ぶ稜線部に、中心線と直交する部分と、中心線と平行な部分とで環状凹部１１ａを構成することを特徴とする。
弁座１５と弁体１２の当接部から弁孔縁部１３ｂまでを結ぶ稜線部に、中心線と直交する部分と、中心線と平行な部分とで環状凹部１１ａを構成するということは、即ち（２）で示すθ２＝０°、θ３＝９０°とすることを意味する。そして、（２）で前述した通りθ２の値は小さい方が、応力の伝播方向を逸らす効果が高くなるので、（３）の構成を採れば、（２）の効果をより確実に得ることができる。
【００５０】
（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載された流量制御弁１０において、弁体１２にニードル１２ａと、ニードル１２ａの外周にシール部１２ｂを備え、流量調節ロッド２３を操作することで、弁孔１３ａの内部にニードル１２ａが挿入され、流量の調整が可能であり、シール部１２ｂが弁座１５に当接することで、流体を遮断することを特徴とする。
このように、ニードル１２ａを弁孔１３ａに挿入することで流量を調整する方式を採用することで、微少量の設定を容易にすることが可能となる。
【００５１】
（５）（４）に記載された流量制御弁において、弁座１５がシール部１２ｂに当接した状態のニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂとの距離が、使用中に弁座１５が変形する高さを想定し、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂが、弁座１５の変形後も当接しないよう設定されることを特徴とする。
このため、使用者が流量制御弁１０を設備に組み込んで使用する際には、弁座１５が一定量潰れ、通常の使用状態ではそれ以上変形しない状態にあるので、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂとの距離が変化せず、時間経過とともに流量の変化が起きにくくなる。
これは、弁体１２が弁座１５に加える加重が一定量であるので、弁座１５の潰れ量は一定の範囲を超えると安定する傾向にあり、その関係を利用して使用者が使用する際の弁孔縁部１３ｂとニードル１２ａとの距離が予測できるためである。そこで、制作時には弁座１５の潰れシロを見越して弁体１２の高さを設定してやることで、使用中に流量の変化が起きにくくすることができる。
また、弁座１５が変形した状態でもニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂが接触しないように設定されるために、流量の変化やパーティクルの発生を防ぐことが可能となる。
このようにして、流量制御弁１０の流量安定性を確保することが可能となる。
【００５２】
（６）（１）乃至（５）のいずれかに記載された流量制御弁において、弁座１５の外周側のテーパ角度を内周側よりも緩やかにし、弁座１５に肉厚を持たせたことを特徴とする。
このため、弁座１５に弁体１２が当接した際に、弁座１５部分が潰れる量が少なくなる。また、弁座１５の外周側を厚くすることで内側への倒れ込みを防止することが可能となる。
弁体１２と流量調節部が一体となっているため、弁座１５が潰れて距離が変化すると、流量調節ロッド２３による微少調節量が変化してしまうこととなるが、弁座１５が潰れにくくなり、弁座１５の倒れ込みも防止できることで、このような流量の変化を防止することができる。
【００５３】
（７）（１）乃至（６）のいずれかに記載された流量制御弁において、流量調節ロッド２３を弁閉方向に付勢する第２スプリング２５を備え、第２スプリング２５の復元力によって流量調節ロッド２３に付勢することで、流量調節ロッド２３のバックラッシを吸収することを特徴とする。
このため、流量制御弁１０の微少流量の調整において、流量の誤差を最小限に抑えることができる。
【００５４】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について説明を行う。
第２実施例の構成は、第１実施例とほぼ同じであるので、構成の異なる部分だけ説明を行う。
第１実施例と異なるのは、環状凹部１１ａの形状である。図７及び図８にその様子を示す。
図７は、第２実施例の流量制御弁の弁閉時における弁座周辺の断面詳細図である。また、図８は、第２実施例の流量制御弁の弁開時における弁座周辺の断面詳細図である。
図７及び図８に示すように、環状凹部１１ａの形状は、第１実施例に示したように弁座１５を直角にえぐる形状ではなく、斜めにカットした形状となっている。
具体的には、弁座１５の頂部と弁孔縁部１３ｂを結ぶ直線と、弁孔１３ａの中心線がなす角度をθ１、環状凹部１１ａの弁座１５側の縁から伸びる稜線と、弁孔１３ａの中心線とがなす角度をθ２、環状凹部１１ａの弁孔縁部１３ｂ側の縁から伸びる稜線と、弁孔１３ａの中心線とがなす角度をθ３とすると、θ１＜θ２でかつθ２＜θ３となるような稜線で、環状凹部１１ａが構成されている。なお、ここでは環状凹部１１ａの弁孔縁部１３ｂ側の縁は、弁孔縁部１３ｂと同一である。
なお、第２実施例では、θ１は５０°、θ２は３０°、θ３は６０°としている。
また、図７及び図８では、図２及び図３に示したように、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂが接触しているように描かれているが、実際には図６に示したように流量調整隙間ｂが設けられている。
【００５５】
次に、第２実施例の作用、効果について説明する。
第２実施例の環状凹部１１ａは、第１実施例の環状凹部１１ａ同様に、弁座１５に設けられることで、弁体１２が弁座１５に当接した時に発生する応力が引き起こす、クリープ変形現象を抑制することが可能である。
これは、図５に示された応力解析の結果のように、弁座１５を起点として発生した応力が、環状凹部１１ａが設けられることで、弁孔１３ａの内壁面に到達しにくくなっているためである。つまり、環状凹部１１ａを設けることにより、応力の伝播する方向を逸らすことが可能で、弁座１５から弁孔縁部１３ｂまでの稜線の距離が、直線で結ぶ場合よりも長くなることから、伝播する距離も増えるため、弁孔１３ａの内壁面に応力の影響が及びにくくなるからである。
この効果は、θ２の値が小さくなるほど効果が高くなる。θ２が負の値をとる場合も有効であるが、加工が難しくなる他、液溜まり等の原因になりやすいので、θ２が０の値に近づいた方が良いと思われる。
【００５６】
第２実施例の環状凹部１１ａは、第１実施例の環状凹部１１ａがθ２の角度が０、つまり弁孔１３ａの中心線と平行に設定されているのに比べて、幾分θ２が緩やかに設定されている。このため、弁孔１３ａの内壁面のクリープ変形現象抑制効果は、第１実施例ほど高くない。
しかし、流量制御弁１０を流通する流量や第１スプリング２４に設定されている圧力が第１実施例の形態の環状凹部１１ａを採用するほど強くない場合は、第２実施例のようにθ２に角度を付けてあったとしても、第１実施例と同様に弁孔１３ａの縮径方向への変形を抑える効果がある。
そして、環状凹部１１ａが鋭角に設定されていない分、液溜まりや乱流を発生しにくくする効果が得られる。
したがって、流量制御弁１０を流れる流体の流速、第１スプリング２４に設定されるバネ定数等によって第１実施例の環状凹部１１ａの形状とするのか、第２実施例の環状凹部１１ａの形状とするのか、適宜変更すればよい。
【００５７】
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例について説明を行う。
第３実施例の構成は、第１実施例とほぼ同じであるので、構成の異なる部分だけ説明を行う。図９及び図１０にその様子を示す。
図９は、第３実施例の流量制御弁の弁閉時における弁座付近の断面詳細図である。また、図１０は、第３実施例の流量制御弁の弁開時における弁座付近の断面詳細図である。
第１実施例と異なるのは、弁体１２に備えられるニードル１２ａの形状である。第３実施例のニードル１２ａは、円筒形状となっており、先端にテーパ面を備えていて、流量調整が可能となっている。
すなわち、ニードル１２ａは円筒部分１２ａａと、テーパ部分１２ａｂから構成されている。また、円筒部分１２ａａは、弁孔１３ａよりも細くなっている。
【００５８】
次に、第３実施例の作用、効果について説明する。
第３実施例の作用効果は、第１実施例の作用効果と基本的に同じであるが、異なる部分だけ説明する。
第３実施例のニードル１２ａは、円筒部分１２ａａとテーパ部分１２ａｂから成ることで、テーパ部分１２ａｂで流量の調整を行うことができる。また、弁孔１３ａよりも細い円筒部分１２ａａを備えることで、弁体１２はシール部１２ｂ以外で弁座１５に接触することがない。
第１実施例の方法でも弁座１５とシール部１２ｂ以外の部分では、基本的に接触はしないが、弁座１５が予定以上に潰れてしまうと、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂが接触してしまうことがある。ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの接触はパーティクルの発生に繋がる他、調整する流量が変化してしまうことがある。
そこで、場合によっては、図９及び図１０に示すように、ニードル１２ａを弁孔１３ａの内径よりも細い円筒部分１２ａａと、テーパ部分１２ａｂから構成することで、第１実施例と同等の効果を得ると共に、バーティクル発生の虞を防ぐことができる。
【００５９】
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例について説明を行う。
第４実施例の構成は、第１実施例とほぼ同じであるので、構成の異なる部分だけ説明を行う。図１１にその様子を示す。
図１１は、第４実施例の流量制御弁の弁閉時における弁座付近の断面詳細図である。
第１実施例と異なるのは、弁体１２に備えられるシール突起１２ｄによって、弁座１５とシールする点と、弁座１５側がフラットになっている点である。
即ち、弁体１２側と弁座１５側と、凸になる部分が第１実施例と逆となる構成となっている。
なお、図１１では、図２及び図３に示したように、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂが接触しているように描かれているが、実際には図６に示したように流量調整隙間ｂが設けられている。
【００６０】
次に、第４実施例の作用、効果について説明する。
第４実施例の作用効果は、第１実施例の作用効果と基本的に同じであるが、異なる部分だけ説明する。
第４実施例のシール突起１２ｄは、流量制御弁１０の弁閉時において、弁座１５と当接してシールを行う。この際に、シール突起１２ｄ側を突起状にして潰れやすくすることで、弁座１５側のクリープ変形現象を抑制する効果がある。もっともシール突起１２ｄ側の変位量を見込んで、ニードル１２ａと弁孔縁部１３ｂの距離を設定してやる必要がある点は第１実施例と同様である。
【００６１】
（第５実施例）
次に、第５実施例について説明を行う。
第５実施例の構成は、第１実施例とほぼ同じであるので、構成の異なる部分だけ説明を行う。図１２にその様子を示す。
図１２は、第５実施例の流量制御弁の弁閉時における弁座付近の断面詳細図である。
第１実施例と異なるのは、弁孔縁部１３ｂの部分にテーパが設けてある点である。
第５実施例の作用効果は、第１実施例の作用効果と基本的に同じであるが、このように、弁孔縁部１３ｂにニードル１２ａと同じ傾斜角のテーパを設けることで、第１実施例に示した効果の他に、万が一、ニードル１２ａが弁孔縁部１３ｂに接触したとしても、お互いが変形しにくくなるという効果が得られる。
【００６２】
なお、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ることなく、色々な応用が可能である。
例えば、前述した通り流量制御弁１０の材質をＰＴＦＥやＰＦＡ等と例示しているが、薬液に対して耐食性の強い樹脂であれば、これに限らず発明の趣旨を逸脱しない範囲で適用可能である。
また、第１実施例乃至第５実施例では、ノーマルクローズタイプのエアオペレートタイプの流量制御弁について説明しているが、手動弁や、電磁弁、モータ駆動式の弁でも適用可能であるので、適宜変更することを妨げない。
また、第２実施例においては、弁座１５の頂部から弁孔縁部１３ｂまでは２つの線分で稜線が構成されているが、接続部分の角をＲ処理する等、環状凹部１１ａを円弧状に構成しても同等の効果が得られる。また、３つ以上の線分で稜線を構成しても構わない。つまりθ２の値がθ１の値より小さく、θ３の値がθ１の値よりも大きくなれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施例の、流量制御弁が開状態である断面図を示している。
【図２】本発明の第１実施例の、流量制御弁の弁開時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図３】本発明の第１実施例の、流量制御弁の弁開時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図４】本発明の第１実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座の変形と時間の関係を示したグラフを示している。
【図５】本発明の第１実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座と弁体の応力解析を行い、その応力分布状態を示している。
【図６】本発明の第１実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座の潰れシロに関する部分拡大図を示している。
【図７】本発明の第２実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図８】本発明の第２実施例の、流量制御弁の弁開時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図９】本発明の第３実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図１０】本発明の第３実施例の、流量制御弁の弁開時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図１１】本発明の第４実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図１２】本発明の第５実施例の、流量制御弁の弁閉時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図１３】従来技術の例としてあげた、流量制御弁の弁閉時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図１４】従来技術の例としてあげた、流量制御弁の弁開時における弁座周辺の断面詳細図を示している。
【図１５】従来技術の例としてあげた、流量制御弁の弁閉時における弁座と弁体の応力解析を行い、その応力分布状態を示している。
【符号の説明】
【００６４】
１０      流量制御弁
１１      ボディ部
１１ａ      環状凹部
１２      弁体
１２ａ      ニードル状突起
１２ｂ      シール部
１２ｃ      ダイヤフラム膜部
１３      第１流路
１３ａ      弁孔
１４      第２流路
１５      弁座
１６      弁室
１７      筒状体
２０      機構部
２１      アクチュエータボディ
２２      ピストン
２３      流量調節ロッド
２４      第１スプリング
２５      第２スプリング
２６      操作ポート
２７      排気ポート
２８      つまみ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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