(57)【要約】【課題】広い流量範囲で微細な流量調節ができると共に、流量調節特性を長期間安定して維持することができ、且つ、コンパクト化が図れる流量調節弁を提供する。【解決手段】本体１の上部に設けられた弁室３の底面に弁座面２を形成し、弁座面２の中心に設けられた連通口４に連通する第一流路５と弁室３に連通する第二流路６を形成し、ステムの軸方向の進退移動により連通口４に挿入可能で接液面の中心から垂下突設された第一弁体１１と、弁座面２に接離可能にされ第一弁体１１から径方向へ隔離した位置に形成された円環状凸条の第二弁体１２と、第二弁体１２から径方向へ連続して形成された薄膜部１３とが一体的に設けられた隔膜１０を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に設けられた弁室の底面に弁座面が形成され、弁座面の中心に設けられた連通口に連通する第一流路と弁室に連通する第二流路を有する本体と、
ステムの軸方向の進退移動により連通口に挿入可能で接液面の中心から垂下突設された第一弁体と、弁座面に接離可能にされ該第一弁体から径方向へ隔離した位置に形成された円環状凸条の第二弁体と、該第二弁体から径方向へ連続して形成された薄膜部とが一体的に設けられた隔膜と
を具備することを特徴とする流量調節弁。
【請求項２】
上部にハンドルが固着され下部内周面に雌ネジ部と外周面に該雌ねじ部のピッチより大きいピッチを有する雄ネジ部を有する第一ステムと、
内周面に該第一ステムの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有する第一ステム支持体と、
上部外周面に第一ステムの雌ネジ部に螺合される雄ネジ部を有し下端部に隔膜が接続される第二ステムと、
前記第一ステム支持体の下方に位置し該第二ステムを上下移動自在かつ回動不能に支承する隔膜押さえと、
第一ステム支持体と隔膜押さえを固定するボンネットと
を具備することを特徴とする請求項１に記載の流量調節弁。
【請求項３】
第一ステムの外周面に設けられた雄ネジ部と下部内周面に設けられた雌ネジ部のピッチの差が、雄ネジ部のピッチの２０分の１から５分の１であることを特徴とする請求項２に記載の流量調節弁。
【請求項４】
隔膜がポリテトラフルオロエチレンからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流量調節弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管に用いられる流量調節弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流量調節弁は種々使用されているが、一般的には図１３に示されるようなものが挙げられる。このタイプの流量調節弁は、弁室１００の底面の連通口周縁部が弁座部１０１となっており、弁座部１０１に挿入されるニードル型の弁体１０２を設け、ハンドル１０３を回転させることによりハンドル１０３下部に連結された弁体１０２を上下動させ、弁座部１０１との開口面積を変化させることで流量を調節しているものであり、全閉時には弁体１０２のテーパ部１０４が弁座部１０１に当接して流路を塞ぐものであった。
【０００３】
しかしながら、流路を塞ぐのが弁体１０２のテーパ部１０４であるため、該弁の開閉に伴い弁座部１０１とテーパ部１０４との接触部が摺接し、長期間使用すると弁座部１０１とテーパ部１０４の摺接部分が摩耗によって変形するため、流量調節特性が長期的に安定できなくなるという問題、例えば流量調節を必要とする薬液を混合する工程で従来の流量調節弁を用いた場合、長期間使用すると薬液の混合比が狂い、洗浄度合やエッチング度合にばらつきが生じるため、半導体の生産に大きく影響するなどの問題があった。また、弁座部１０１と弁体１０２のテーパ部１０４の摺接部分からパーティクルが多く発生するので、パーティクルの発生を嫌う用途、例えば半導体製造装置などへの使用が敬遠されるという問題が発生していた。
【０００４】
これらの問題を解決するため図１４に示されるような弁座１０５と弁体１０６のテーパ部１０７が接触しない流量調整弁があった（例えば、特許文献１参照）。この流量調整弁は、エア圧により開閉操作が行われ、ダイヤフラム１０８の中央に弁座１０５に圧着する弁体１０６を有し、その弁体１０６の周囲に一体に形成した環状薄膜部１０９を有し、その環状薄膜部１０９の周囲に一体に形成した筒状保持部１１０を有しており、ダイヤフラム１０８の中央の弁体１０６の下面中央部に流体流入通路１１１に挿入されるテーパピン１１２が取り付けてある構造であり、流量を調整するテーパピン１１２は流体流入通路１１１の開口縁と摺接することがなく、ダイヤフラム１０８の中央の弁体１０６のフラットな下面が弁座１０５に圧着されるので、パーティクルの発生を抑制できるものであった。
【０００５】
また、流量調節弁の微小な開度を調節するためには、図１５に示されるようなピッチの異なる第１ねじ部１１７と第２ねじ部１１９をそれぞれ設けたステム構造の流量調節弁があった（例えば、特許文献２参照）。この流量調節弁は、ニードル部材が調節ねじ１１３の回動によって直動する直動部材１１４に取り付けられていて、調節ねじ１１３はバルブボディ本体１１５のねじ溝１１６と螺合する第１ねじ部１１７と直動部材１１４の内ねじ部１１８と螺合する第２ねじ部１１９を有しており、第２ねじ部１１９のねじピッチは第１ねじ部１１７のねじピッチより小さく構成されており、ピッチの差を設けることによって微少な開度の調節を行うことができるものであった。
【特許文献１】特開平１０−１５３２６８号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−０５１２１７号公報（第４頁、図１）
【０００６】
しかしながら、前記従来の弁座１０５と弁体１０６のテーパ部１０７が接触しない流量調整弁（前記特許文献１参照）は、流体流入通路１１１に接触せず開口面積を調整するためのテーパ形状のテーパピン１１２と、流路を塞ぐため弁座１０５と圧接する弁体１０６とを分離して持つことにより、テーパピン１１２のテーパ部１０７が弁座１０５と摺接することはないが、テーパピン１１２と流体流入通路１１１とは常に微開状態にあり、弁体１０６に微小流量を調整する機構を備えていないので、微開領域では流量調整ができないという問題があった。また、仮に弁座１０５と弁体１０６との開度をコントロールして微小流量の調整を行おうとしても、微開領域では、流体がテーパピン１１２と流体流入通路１１１とで形成される開口部分を通過して弁座１０５と弁体１０６とで形成される空間部分に至るまで、流体の流れを抑制させるものがなく、弁座１０５の突起と弁体１０６のフラットな下面とで形成される空間部分で流量調整を行おうとしても、開度に対して急激に流量が増加するため、流体の流れに対して流量調整が追いつかずに調整したい流量より大きい流量になってしまい、微小流量を調整するのは非常に困難であった。さらに、テーパピン１１２はエア圧によって開閉操作が行われるため、流量の微小な調整が困難であり、特に微開領域での開度のコントロールは非常に困難であるという問題があった。
【０００７】
また、前記従来の微小な開度を調節するための流量調節弁（前記特許文献２参照）は、調節ねじ１１３の第１ねじ部１１７と第２ねじ部１１９が上下軸方向に直列に形成されており、微小な開度を調節するための構成は上下方向に長くなってしまうため、流量調節弁の上下方向の寸法が大きくなり、装置などに設置する場合には装置自体が大きくなってしまい、コンパクト化ができなくなるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、広い流量範囲で微細な流量調節ができると共に、流量調節特性を長期間安定して維持することができ、且つ、コンパクト化が図れる流量調節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】
【０００９】
本発明の構成は、図１〜図３を参照しつつ説明すると、上部に設けられた弁室３の底面に弁座面２が形成され、弁座面２の中心に設けられた連通口４に連通する第一流路５と弁室３に連通する第二流路６を有する本体１と、ステムの軸方向の進退移動により連通口４に挿入可能で接液面の中心から垂下突設された第一弁体１１と、弁座面２に接離可能にされ第一弁体１１から径方向へ隔離した位置に形成された円環状凸条の第二弁体１２と、第二弁体１２から径方向へ連続して形成された薄膜部１３とが一体的に設けられた隔膜１０を具備したことを第１の特徴とする。
【００１０】
また、上部にハンドル３２が固着され下部内周面に雌ネジ部２８と外周面に雌ネジ部２８のピッチより大きいピッチを有する雄ネジ部２９を有する第一ステム２７と、内周面に第一ステム２７の雄ネジ部２９と螺合する雌ネジ部３６を有する第一ステム支持体３４と、上部外周面に第一ステム２７の雌ネジ部２８に螺合される雄ネジ部２０を有し下端部に隔膜１０が接続される第二ステム１９と、第一ステム支持体３４の下方に位置し第二ステム１９を上下移動自在かつ回動不能に支承する隔膜押さえ２１と、第一ステム支持体３４と隔膜押さえ２１を固定するボンネット３８とを具備することを第２の特徴とする。
【００１１】
また、第一ステム２７の外周面に設けられた雄ネジ部２９と下部内周面に設けられた雌ネジ部２８のピッチの差が、雄ネジ部２９のピッチの２０分の１から５分の１であることを第３の特徴とする。
【００１２】
さらに、隔膜１０がポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと称する）からなることを第４の特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のような構造をしており、これを使用することにより以下の優れた効果が得られる。
１．流量調節弁の開度に応じて二つの流量調節部が切り替わって流量調節を行うため、幅広い流量範囲で流量調節を行うことができる。
２．流量調節弁の微小な開度を容易にかつ精密に調節できるため、幅広い流量範囲で流量の微調整を短時間で行うことができる。
３．弁体や弁座面が摺接しないため、流量調節特性を長期間安定して維持させることができ、パーティクルの発生を抑制することができる。
４．流量の微調整を行うステムが小さく収まる構造であるため、流量調節弁をコンパクトに形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の実施例を示す流量調節弁の全開状態を示す縦断面図、図２は図１の分解斜視図、図３は図１の要部拡大縦断面図である。図４は図１の全閉状態を示す縦断面図、図５は図４の要部拡大縦断面図である。図６は図１の半開状態を示す縦断面図、図７は図６の要部拡大縦断面図である。図８は隔膜が第一弁体のみによって構成される流量調節弁の要部拡大縦断面図である。図９は隔膜が形状を円柱とした第一弁体のみによって構成される流量調節弁の要部拡大縦断面図である。図１０は隔膜が第二弁体のみによって構成される流量調節弁の要部拡大縦断面図である。図１１は流量Ｑの測定を行うための試験装置を示す概念構成図である。図１２は流量調節弁のリフト量Ｌと流量Ｑの関係を示したグラフである。
【００１５】
図１〜図３において、１はＰＴＦＥ製の本体である。本体１の上部に後記隔膜１０とで形成される略すり鉢形状の弁室３を有しており、弁室３の底面には後記第二弁体１２の圧接によって流路の全閉シールを行う弁座面２が形成され、弁座面２の中心に設けられた連通口４に連通する第一流路５と弁室３に連通する第二流路６を有している。弁室３の上方には後記隔膜押さえ２１の嵌合部２３を受容する凹部８が設けられていて、その底面には後記隔膜１０の環状係止部１４が嵌合する環状凹部７が設けられている。また本体１の上部外周面には、後記ボンネット３８が螺着される雄ネジ部９が設けられている。なお、本体１の材質にはＰＴＦＥを用いているが、流体の特性に応じて他のフッ素樹脂、ＰＰ、ポリ塩化ビニル、ポリビニリデンフルオライド、その他のプラスチック或いは金属でも良い。
【００１６】
１０はＰＴＦＥ製の隔膜であり、隔膜１０の下部に接液面の中心から垂下突設された第一弁体１１と、第一弁体１１から径方向へ隔離した位置に形成された先端が断面円弧状の円環状凸条の第二弁体１２と、第二弁体１２から径方向へ連続して形成された薄膜部１３と、薄膜部１３の外周に断面矩形状の環状係止部１４と、隔膜１０の上部に後記第二ステム１９の下端部に接続される接続部１６が一体的に設けられている。第一弁体１１は、下方に向かって直線部１７とテーパ部１８とが連続して設けられており、第一弁体１１と第二弁体１２の間には環状溝部１５が形成されている。第一弁体１１の直線部１７の外径Ｄ１は、連通口４の内径Ｄに対して０．９７Ｄで設定され、第一弁体１１のテーパ部１８のテーパ角度は軸線に対して１５°で設定され、第二弁体１２の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口４の内径Ｄに対して１．５Ｄで設定されている。隔膜１０は、環状係止部１４を本体１の環状凹部７に嵌合された状態で本体１と後記隔膜押さえ２１とで挟持固定される。
【００１７】
流量調節弁が全閉時には第二弁体１２と弁座面２とが圧接されて全閉シールを行い、開度を大きくすると隔膜１０は上昇し、第一弁体１１及び第二弁体１２は隔膜１０の上昇に伴って全開まで上昇する。全開時においても第一弁体１１が連通口４から抜けることはないので全閉から全開まで流量調節が行われる。
【００１８】
本実施例の第一弁体１１の直線部１７の外径Ｄ１は、連通口４の内径Ｄに対して０．９７Ｄで設定されているが、直線部１７の外径Ｄ１は連通口４の内径Ｄに対して０．９５Ｄ≦Ｄ１≦０．９９５Ｄの範囲内であることが望ましい。第一弁体１１と連通口４とを摺接させないためにＤ１≦０．９９５Ｄが良く、流量調節をスムースに行うために０．９５Ｄ≦Ｄ１が良い。
【００１９】
また、第一弁体１１のテーパ部１８のテーパ角度は軸線に対して１５°で設定されているが、１２°〜２８°の範囲内であることが望ましい。弁を大きくさせずに広い流量範囲を調節ずるために１２°以上が良く、開度に対して流量を急激に変化させないために２８°以下が良い。また、テーパ部１８の形状は、第一弁体１１と連通口４とで形成される第一流量調節部４１の開口面積Ｓ１が開度に比例して増加するように設定されてる。このため、流量調節弁の開度を大きくするにつれて流量は線形に比例して増加するように調節することができる。
また、第二弁体１２の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口４の内径Ｄに対して１．５Ｄで設定されているが、第二弁体１２の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口４の内径Ｄに対して１．１Ｄ≦Ｄ２≦２Ｄの範囲内であることが望ましい。第一弁体１１と第二弁体１２の間には環状溝部１５を確実に設け環状溝部１５に流体の流れを抑制させる空間部分を得るためには１．１Ｄ≦Ｄ２が良く、開度に対して第二弁体１２と弁座面２とで形成される開口面積の増加率を抑えるためにＤ２≦２Ｄが良い。
【００２０】
また、環状溝部１５の空間部で流体の流れを抑制させるために、全閉時に環状溝部１５と弁座面とで形成される空間部分の体積が、全閉時に第一弁体１１の直線部１７と連通口４とで形成される空間部分の体積の２倍以上に設定される。
【００２１】
なお、隔膜１０の材質はＰＴＦＥであるが、切削加工における加工の容易性と寸法安定性が良く、流体が腐食性流体であった場合には腐食の心配なく使用することができるためＰＴＦＥが特に好適に使用される。ＰＴＦＥ以外でも他のフッ素樹脂であれば耐薬品性を得ることができ、耐薬品性の要求がそれほど厳しくない場合はゴムや金属等を使用しても良い。
【００２２】
１９はポリプロピレン（以下、ＰＰと称する）製の第二ステムである。第二ステム１９の上部外周面には後記第一ステム２７の雌ネジ部２８に螺合される雄ネジ部２０が設けられ、下部外周は六角形状に形成され、下端部には隔膜１０の接続部１６が螺着により接続されている。なお、本実施例では隔膜１０の接続部１６が第二ステム１９の下端部に螺着されているが、嵌着などによる接続でもよく、接続方法は特に限定されない。また、第二ステム１９の下部は六角形状であるが、第二ステム１９が後記隔膜押さえ２１に上下移動自在かつ回動不能に支承されるのであれば形状は特に限定されない。
【００２３】
２１はＰＰ製の隔膜押さえである。隔膜押さえ２１の上部には外周が六角形状の挿入部２２が、下部には外周が六角形状の嵌合部２３がそれぞれ設けられており、中央部外周には鍔部２４が設けられている。隔膜押さえ２１の内周には六角形状の貫通孔２５が設けられ、下端面から貫通孔２５に向かって縮径するテーパ部２６が設けられている。挿入部２２は後記第一ステム支持体３４の中空部３６に回動不能に嵌合され、嵌合部２３は本体１の凹部８に回動不能に嵌合される。貫通孔２５には第二ステム１９を挿通させ、第二ステム１９を上下移動自在かつ回動不能に支承している。なお、隔膜押さえ２１の挿入部２２、嵌合部２３は六角形状であるが、隔膜押さえ２１が後記第一ステム支持体３４の中空部３６及び本体１の凹部８にそれぞれ回動不能に嵌合されるのであれば四角形状や八角形状などでもよく、形状は特に限定されない。同様に、貫通孔２５も六角形状であるが、第二ステム１９を上下移動自在かつ回動不能に支承するのであれば形状は特に限定されない。
【００２４】
２７はＰＰ製の第一ステムである。第一ステム２７の下部内周面には第二ステム１９の雄ネジ部２０が螺合するピッチが１．２５ｍｍの雌ネジ部２８と、外周面にはピッチが１．５ｍｍの雄ネジ部２９が設けられており、雄ネジ部２９と雌ネジ部２８のピッチ差は０．２５ｍｍであり、雄ネジ部２９のピッチの６分の１になるように形成されている。第一ステム２７の下部外周には径方向に突出して設けられたストッパー部３０が設けられ、上部には後記把持部３３を有するハンドル３２が固着されている。第一ステム２７の外周面に設けられた雄ネジ部２９と下部内周面に設けられた雌ネジ部２８のピッチ差は、雄ネジ部２９のピッチの６分の１になるように形成されているが、ピッチ差は２０分の１から５分の１の範囲に設けるのが望ましい。弁体は全閉から全開までに一定範囲のリフト量を得るので、ハンドル３２のストロークが大きくなり過ぎて弁高が大きくならないようするためにピッチ差を２０分の１より大きくすることが好ましい。弁を細かいオーダーで精度の良い調節を行うためにピッチ差を５分の１より小さくすることが好ましい。
なお、本実施例ではストッパー部３０は全閉しても隔膜押さえ２１の挿入部２２の上端面に接触することはないが、全閉時に隔膜押さえ２１の挿入部２２の上端面に接触することで回動を停止させ、弁座面２や第二弁体１２に過剰な負荷がかかるのを防ぐ構造にしても良い。
【００２５】
３４はＰＰ製の第一ステム支持体である。第一ステム支持体３４の上部内周面には第一ステム２７の雄ネジ部２９に螺合される雌ネジ部３５が設けられており、下部内周には後記隔膜押さえ２１の挿入部２２を回動不能に嵌合する六角形状の中空部３６が設けられており、下部外周には後記ボンネット３８によって固定される鍔部３７が設けられている。
なお、第一ステム支持体３４の中空部３６は六角形状であるが、隔膜押さえ２１の挿入部２２が第一ステム支持体３４の中空部３６に回動不能に嵌合されるのであれば四角形状や八角形状などでもよく、形状は特に限定されない。
【００２６】
３８はＰＰ製のボンネットである。ボンネット３８の上部には第一ステム支持体３４の鍔部３７の外径より小さい内径を有する係止部３９が設けられ、下部内周面には本体１の雄ネジ部９に螺着される雌ネジ部４０が設けられている。ボンネット３８は、第一ステム支持体３４の鍔部３７と隔膜押さえ２１の鍔部２４を、係止部３９と本体１の間で挟持した状態で本体１に螺着していることで各部品を固定することができる。
【００２７】
なお、雌ネジ部４０は本体１に螺着によって接続されているが、バイヨネット方式やボルトによる接続でもよく、第一ステム支持体３４と隔膜押さえ２１を本体１に挟持固定できれば特に限定されない。
【００２８】
本実施例の本体１と隔膜１０を除く第一ステム２７等の各部材の材質は、ＰＰを用いているが、ポリ塩化ビニル、ポリビニリデンフルオライド、フッ素樹脂、その他のプラスチック或いは金属でも良い。
【００２９】
次に本実施例の流量調節弁の作用について図１と図３〜図７に基づいて説明する。
【００３０】
まず、本実施例の流量調節弁が全閉状態（図４、図５の状態）において、第一流路から流入してきた流体は、弁座面２に圧接された第二弁体１２によって閉止される。
【００３１】
ハンドル３２を弁が開放する方向に回動させると、ハンドル３２の回動に伴なって第一ステム２７が外周面の雄ネジ部２９のピッチ分だけ上昇し、逆に第一ステム２７の内周面の雌ネジ部２８に螺合された第二ステム１９は第一ステム２７の雌ネジ部２８のピッチ分だけ下降する。ただし、第二ステム１９は回動不能の状態で隔膜押さえ２１の貫通孔２５に収容されており上下方向のみに移動可能であるため、第二ステム１９は本体１に対して第一ステム２７外周面の雄ネジ部２９と内周面の雌ネジ部２８のピッチ差分、本実施例では第一ステム２７の雄ネジ部２９のピッチが１．５ｍｍ、第一ステム２７の雌ネジ部２８のピッチが１．２５ｍｍにしているので、第一ステム２７に連動したハンドル３２を１回転させることによって第二ステム１９は０．２５ｍｍ（雄ネジ部２９のピッチの６分の１）上昇する。これに伴って、第二ステム１９と接続された隔膜１０が上昇することで最初に本体１の弁座面２に圧接されていた第二弁体１２が弁座面２から離間し、第一弁体１１は隔膜の上昇に伴なって上昇し、流量調節弁が半開状態となる（図６、図７の状態）。流体は第一流路５から弁室３へと流れ込み、第二流路６を通過して排出される。
【００３２】
次に上記流量調節弁が半開状態（図６、図７の状態）から、さらにハンドル３２を開方向に回動させると第一ステム２７の下部外周のストッパー部３０が第一ステム支持体３４の天井面４３に圧接して回動は停止される。ハンドル３２、第一ステム２７および第二ステム１９の回動と連動して隔膜１０が上昇し、第一弁体１１と第二弁体１２は隔膜１０の上昇に伴なって上昇し、弁は全開状態となる（図１、図３の状態）。
【００３３】
上記作用において、流量調節弁が全閉から全開に至るまで、開度によって第一弁体１１と連通口４とで形成される第一流量調節部４１の開口面積Ｓ１と、第二弁体１２と弁座面２とで形成される第二流量調節部４２の開口面積Ｓ２は変化するが、Ｓ１とＳ２の大小関係によって流量を調節する作用がそれぞれ異なる。以下に流量調節弁の開度の全閉から全開に至るまでのＳ１とＳ２の関係と流量の調節の仕組みを図３、図５、図７に基づいて説明する。
【００３４】
Ｓ１＞Ｓ２の場合、流量調節弁の開度は全閉から微開の時であり、流量は第二流量調節部４２によって、つまりＳ２の大小によって調節される。Ｓ１＞Ｓ２の範囲内では、第一流量調節部４１は、第一弁体１１の直線部１７と連通口４で流量を一定に調節することができ、流体は第一流量調節部４１によって流量を一定にされた後、第二流量調節部４２に至る前にまず環状溝部１５により形成される空間部分に流れ込む。流体は環状溝部１５の底面に当たり、径方向へ広がって第二弁体１２の内周面に当たり、さらに流れの向きを変えて第二流量調節部４２に至るため、空間部分で流体の流れが一旦停滞される。そのため流体は、空間部分で流れが抑制されて急激な流量の増加を抑えることができ、第二流量調節部４２で十分制御可能な流れで第二流量調節部４２に至り、第二流量調節部４２で精度良く流量が調節されるため、流量調節弁が微開時の微小流量の調節が可能となる。このとき、第二弁体１２の円環状凸条の径Ｄ２は、連通口４の内径Ｄに対して１．１Ｄ≦Ｄ２≦２Ｄの範囲内で設けられているため、流量の増加を抑制するのに効果的な環状溝部１５を第一弁体１１と第二弁体１２の間に形成することができ、環状溝部１５により形成される空間部分で第一流量調節部４１からの流体の流れを抑制することができる。
【００３５】
Ｓ１＝Ｓ２の場合、第一流量調節部４１の開口面積Ｓ１と第二流量調節部４２の開口面積Ｓ２が同一となり、この時点を境に流量を調節する部分が第二流量調節部４２から第一流量調節部４１へと切り替わる。つまりＳ１の大小によって流量は調節される。
【００３６】
Ｓ１＜Ｓ２の場合、流量調節弁の開度は微開から大きくして全開に至るまでであり、第二流量調節部４２では細かい流量調節が困難となり、第一流量調節部４１によって、つまりＳ１の大小によって調節される。Ｓ１＜Ｓ２の範囲内では、第一流量調節部４１は第一弁体１１のテーパ部１８と連通口４で流量を調節しており、第一弁体１１のテーパ部１８は、流量調節弁の開度に対して開口面積Ｓ１が比例して増加するように設定されているため、流量調節弁の開度を大きくするにつれて流量は線形に比例して増加するように調節することができる。
【００３７】
なお、Ｓ１＞Ｓ２からＳ１＝Ｓ２までの第一流量調節部４１の開口面積Ｓ１は、第一弁体１１の直線部１７の外径Ｄ１と連通口４の内径Ｄによって設定されており、直線部１７の外径Ｄ１が連通口４の内径Ｄに対して０．９５Ｄ≦Ｄ１≦０．９９５Ｄの範囲内に設定されていれば、微開領域のみをＳ２の大小によって調節させ、あとはＳ１の大小によって流量は線形に比例して増加するように調節することができ、かつ第一弁体１１と連通口４とを摺接させることがない。
【００３８】
以上のことから、本発明の流量調節弁は、開度が微小なときには第二流量調節部４２によって流量調節を行い、開度を大きくすると第二流量調節部４２から第一流量調節部４１に切り替わって流量調節を行うので、全閉から全開に至るまで開度に対して流量が良好な比例関係を得ることができ、微小な流量から大きな流量まで確実な流量の調節が可能となり、幅広い流量範囲で流量調節を行うことができる。
【００３９】
なお、第一弁体１１のテーパ部１８の形状は、開度と流量を線形に比例させるように設けられているが、開度と流量のイコールパーセントの関係で調節できるように形状を変更して設けてもかまわない。
【００４０】
特に本発明の流量調節弁は、第一ステム２７外周面の雄ネジ部２９と内周面の雌ネジ部２８のピッチの差が、雄ネジ部２９のピッチの２０分の１から５分の１であるため、開度の微小調節が可能となり、全閉から全開に至るまで流路を調節する上で微小な開度の調節が可能であり、微小流量から大きな流量に至るまで、細かいオーダーで精度の良い流量調節を行うことができる。
【００４１】
さらに、第一ステム２７の下部内周面の雌ネジ部２８に第二ステム１９の雄ネジ部２０を螺合させる構造にしたことにより、例えば特許文献２で示した従来の流量調節弁のようにピッチの異なる雄ネジ部をそれぞれ設けたステム構造だと上下方向の寸法が大きくなってしまうが、これに比べて本発明の流量調節弁では、第一ステム２７の内周に第二ステム１９を収納する構造となっており、上下方向の寸法を小さく納めることができ、流量調節弁をコンパクトにすることができる。
【００４２】
次に、流量調節弁が全開状態からハンドル３２を逆に閉方向に回動させた場合は、開方向に回動させた場合とは逆の作動で弁体が降下し、流量調節弁の開度に応じて流量調節が行われる。ハンドル３２を閉方向に回動させて全閉状態にした時には第二弁体１２と弁座面２とが線接触によって確実な全閉シールを行うことができる。なお、第一ステム２７の下部外周のストッパー部３０が隔膜押さえ２１の挿入部２２の上端面に接触することで回動を停止させる構造にしても良く、この場合、全閉シール時に弁座面２や第二弁体１２に過剰な負荷がかかるのを防ぐことができる。
【００４３】
さらに流量調節弁が全閉状態のとき、第一弁体１１は常に連通口４とは非接触であるため、流量調節弁の長期的な使用により、弁体や弁座面２が摩耗などによって変形することがなく、長期間の使用によって流量調節特性が安定できなくなることを防止するとともに、摺動時のパーティクルの発生を抑制することができる。
【００４４】
（使用例）
本発明の使用例について図１を参照して説明する。流体は第一流路５から流入し、連通口４と弁室３を通過して第二流路６から流出するが、第一流路５の流入口、第二流路６の流出口にはそれぞれ管継手（図示せず）が設けられており、第一流路５にはポンプなどの薬液圧送ライン（図示せず）が接続され、第二流路６には薬液が使用されるポイントまでのライン（図示せず）が接続される。
【００４５】
次に、弁体のリフト量をＬとし、弁体の形状をそれぞれ変えた流量調節弁の開度に対する弁によって調節された流量Ｑ（ｍＬ／ｍｉｎ）を以下に示す方法に従って評価した。
【００４６】
（流量測定）
図１１のように、ポンプ６２から一次圧０．０５ＭＰａ、二次圧大気開放として流体を流し、弁６１に本実施例の流量調節弁を用いて、秤６３で流体の流量を測定するラインを使用して流量測定を行った。２３℃±２℃の雰囲気中において、流体は純水とし、配管の口径を６ｍｍとして、弁体のリフト量Ｌを変化させ、それぞれのリフト量Ｌに対する１分間あたりの秤量を測定して流量Ｑを算出した。なお、各流量調節弁は弁体すなわち隔膜の形状のみ異なるものであり、他の部品はすべて同じ寸法のものを使用して測定を行った。
【００４７】
（実施例１）
図７のように、本発明の第一弁体１１と第二弁体１２を設けた隔膜１０の構造においてリフト量Ｌに対する流量Ｑを測定した。測定結果を図１２に示す。
【００４８】
（比較例１）
図８のように、第一弁体４５のみ設けた隔膜４４の構造においてリフト量Ｌに対する流量Ｑを測定した。測定結果を図１２に示す。
【００４９】
（比較例２）
図９のように、第一弁体５０が実施例１の第一弁体１１の直線部１７と同径の円柱形状となった隔膜４９の構造においてリフト量Ｌに対する流量Ｑを測定した。測定結果を図１２に示す。
【００５０】
（比較例３）
図１０のように、第二弁体５８のみ設けた隔膜５７の構造においてリフト量Ｌに対する流量Ｑを測定した。測定結果を図１２に示す。
【００５１】
図１２からわかるように、実施例１では、流量調節弁の全閉から全開に至るまで、開度の微小なときには第二弁体１２と弁座面２との開口面積Ｓ２による第二流量調節部４２による流量調節を行い、開度を大きくすると第二流量調節部４２から第一弁体１１と連通口４との開口面積Ｓ１による第一流量調節部４１に切り替わって流量調節が行われるため、リフト量Ｌの全範囲にわたって流量Ｑが良好な比例関係を示していることがわかる。
【００５２】
比較例１では、隔膜４４の第一弁体４５が連通口４６に接触しないため第一弁体４５と連通口４６は常に微開状態にあり、第一弁体４５が上昇し第一弁体４５の直線部４７が連通口４６を通過し、テーパ部４８が連通口４６に上昇するまで流量調節ができないことがわかる（図１２参照）。テーパ部４８が連通口４６まで上昇するとそれ以降は実施例１の流量調節弁と同様の流量特性が得られる。なお、この微開領域で流量調節ができない状態は特許文献１で示した従来の流量調節弁の微開領域が調節できないものと同じ状態である。
【００５３】
比較例２では、隔膜４９の第一弁体５０が実施例１の第一弁体５０が円柱形状となっているため、第一弁体５０と連通口５１とからなる第一流量調節部５２の開口面積Ｓ１と第二弁体５３と弁座面５４とからなる第二流量調節部５５の開口面積Ｓ２の関係において、Ｓ１＞Ｓ２の場合は第一流量調節部５２は円筒形状の第一弁体５０と連通口４で流量を常に一定に調節し、流体は第一流量調節部５２によってある程度流量を一定にさせた後、環状溝部５６により形成される空間部分で流体の流れが抑制され急激な流量の増加を抑えることができ、さらに第二流量調節部５５で精度良く流量を調節することができる。しかしＳ１≦Ｓ２の場合においては流量を調節する部分が第二流量調節部５５から第一流量調節部５２へと切り替わり、一方第一流量調節部５２の開口面積Ｓ１は一定であることから、微開領域では流量調節が可能だが、以後リフト量Ｌを大きくしても流量は一定となる（図１２参照）。
【００５４】
比較例３では、流量調節弁を開方向に回動させると隔膜５７の第二弁体５８と弁座面５９からなる第二流量調節部６０のみで流量調節されるため、リフト量Ｌに対して急激に流量が増加する（図１２参照）。
【００５５】
図１２において比較例２と比較例３との比較から、本実施例の流量調節弁が微開時において、第二弁体１２と弁座面２によって形成される第二流量調節部４２のみでは微開領域の流量調節は不可能であり、第一弁体１１の直線部１７と連通口４によって形成される一定開口面積の第一流量調節部４１によってある程度の流量を一定にさせた後、第二流量調節部４２を調節することで微開領域の流量調節が可能となることを示している。
【００５６】
また、比較例１と比較例２の流量特性から流量調節可能領域を重ね合わせると本実施例の流量特性結果とほぼ一致していることがわかる。すなわち本発明の流量調節弁が第一流量調節部４１と第二流量調節部４２を持つことで、幅広い流量範囲で流量調節を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管のうち、広い流量範囲で微細な流量調節が求められ、なおかつパーティクルを嫌う用途、特に各種装置内の配管に使用される流量調節弁として好適に使用される。また、コンパクトなので、配管スペースを小さくでき、装置のコンパクト化が求められる用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例を示す流量調節弁の全開状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】図１の要部拡大縦断面図である。
【図４】図１の全閉状態を示す縦断面図である。
【図５】図４の要部拡大縦断面図である。
【図６】図１の半開状態を示す縦断面図である。
【図７】図６の要部拡大縦断面図である。
【図８】隔膜が第一弁体のみによって構成される流量調節弁の要部拡大縦断面図である。
【図９】隔膜が形状を円柱とした第一弁体のみによって構成される流量調節弁の要部拡大縦断面図である。
【図１０】隔膜が第二弁体のみによって構成される流量調節弁の要部拡大縦断面図である。
【図１１】流量Ｑの測定を行うための試験装置を示す概念構成図である。
【図１２】流量調節弁のリフト量Ｌと流量Ｑの関係を示したグラフである。
【図１３】従来の弁座部と弁体のテーパ部が接触する流量調節弁を示す縦断面図である。
【図１４】従来の弁座と弁体のテーパ部が接触しない流量調節弁を示す縦断面図である。
【図１５】従来の微小な開度を調節する流量調節弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  本体
２  弁座面
３  弁室
４  連通口
５  第一流路
６  第二流路
７  環状凹部
８  凹部
９  雄ネジ部
１０  隔膜
１１  第一弁体
１２  第二弁体
１３  薄膜部
１４  環状係止部
１５  環状溝部
１６  接続部
１７  直線部
１８  テーパ部
１９  第二ステム
２０  雄ネジ部
２１  隔膜押さえ
２２  挿入部
２３  嵌合部
２４  鍔部
２５  貫通孔
２６  テーパ部
２７  第一ステム
２８  雌ネジ部
２９  雄ネジ部
３０  ストッパー部
３２  ハンドル
３３  把持部
３４  第一ステム支持体
３５  雌ネジ部
３６  中空部
３７  鍔部
３８  ボンネット
３９  係止部
４０  雌ネジ部
４１  第一流量調節部
４２  第二流量調節部
４３  天井面
４４  隔膜
４５  第一弁体
４６  連通口
４７  直線部
４８  テーパ部
４９  隔膜
５０  第一弁体
５１  連通口
５２  第一流量調節部
５３  第二弁体
５４  弁座面
５５  第二流量調節部
５６  環状溝部
５７  隔膜
５８  第二弁体
５９  弁座面
６０  第二流量調節部
６１  弁
６２  ポンプ
６３  秤
【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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