(57)【要約】【課題】流体の流通経路を汚染することなく、圧力制御弁下流の二次側の流体圧力が一次側の設定圧力よりも高くなる場合の弁座の開放抑制と、並びに一次側の流体圧力の影響による制御弁内流路の内部容積の増加抑制を簡便な機構により実現する圧力制御弁を提供する。【解決手段】流入部２１と流出部２２を有しその間に弁座２３を形成した弁室２０、弁軸３１、弁座を進退自在にシールするシール部３３と受圧部３４を有するポペット弁部３２、弁室内に装着されたダイヤフラム部３５を備える弁機構体３０と、ダイヤフラム部の弁室外側に設けられ弁機構体を常時付勢するとともに一次側の被制御流体の流入圧によってポペット弁部のシール部を開く付勢手段４０とを備え、弁機構体のポペット弁部のシール部の直径距離ＳＤをダイヤフラム部の膜部の最大直径と該膜部の最小直径を２分した位置における直径距離ＭＤの±１０％以内とする大きさに形成する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一次側に被制御流体の流入部と二次側に該被制御流体の流出部を有し、前記流入部と前記流出部の間に弁座を形成した弁室と、
弁軸と、前記弁軸の弁座側に膨出状に形成され一側に前記弁座を進退自在にシールするシール部と他側に前記流出部側からの被制御流体圧力を受ける受圧部を有するポペット弁部と、前記弁軸の前記弁座側と逆側に形成され前記弁室内に装着されたダイヤフラム部とを備える弁機構体と、
前記ダイヤフラム部の前記弁室外側に設けられ前記弁機構体を常時付勢するとともに一次側の被制御流体の流入圧によって前記ポペット弁部のシール部を開く付勢手段とを備え、
前記弁機構体のポペット弁部のシール部の直径距離（ＳＤ）を前記ダイヤフラム部の膜部の最大直径と該膜部の最小直径を２分した位置における直径距離（ＭＤ）の±１０％以内とする大きさに形成したことを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記付勢手段が、ばね又は調圧気体のいずれか一方もしくは両方である請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項３】
前記ダイヤフラム部において、該ダイヤフラム部の膜部と該ダイヤフラム部の外周部が立設部を介して段差を設けて形成されている請求項１又は２に記載の圧力制御弁。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は圧力制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造等において、シリコンウエハの洗浄用の純水や薬液等の流体を供給するに際し、供給流体の流量、圧力を正確に制御する必要がある。流体圧力の変動が製品の歩留まりに大きく影響を与える。
【０００３】
従来、一次側の流体を所定の圧力状態に制御（保持）する装置として、図３に開示するリリーフ弁として機能する圧力制御弁７０がある。圧力制御弁７０は、その一次側に流体の流入部７３を有する第１チャンバ７２と、二次側に流体の流出部７５を有する第２チャンバ７４と、第１チャンバ７２と第２チャンバ７４を連通し、弁座７７を備えた連通路７６が形成される。連通路７７の第１チャンバ７２側には、弁座７７を開閉する弁部８１とこれに接続され第１チャンバ７２側に配されるダイヤフラム部８２を備える弁機構体８０が配置される。弁機構体８２は、調圧気体９３あるいは図示しないばね等の加圧手段により、常時、弁座７７側に付勢され、着座状態に維持されている。
【０００４】
一次側の流体圧力が弁機構体８０への付勢力よりも上昇した場合、弁部８１は弁座７７から離れ、流体は第２チャンバ７４を経由して流出部７５から流出する。ところが、図３の圧力制御弁７０にあっては、当該圧力制御弁下流の二次側の流体圧力が一次側の設定圧力（弁機構体への付勢力）よりも高くなる場合がある。この場合、二次側の圧力を弁機構体８０（弁部８１）が受けることによって弁座７７が開放され、結果的に圧力制御が困難になる。
【０００５】
また、この例の圧力制御弁７０の下流に開閉弁が設置されることがある。開閉弁が閉状態となった場合、一次側の流体圧力の影響によりダイヤフラム部８２が上方に持ち上がり、連通路７６の内部容積を増加させてしまう。すると、開閉弁が開いたときに、増加した容積分の流体が制御弁の制御とは関係なく押し出され、流体の制御精度を低下させてしまう。
【０００６】
さらに、図４の圧力制御弁１００のとおり、ダイヤフラム部１１５の上方にピストン部１２０を備え、弁機構体１１０に生じる変動を抑制する制御弁も提案されている。圧力制御弁１００は、一次側に流体の流入部１０１を有する第１チャンバ１０３と、二次側に流体の流出部１０２を有する第２チャンバ１０４と、第１チャンバ１０３と第２チャンバ１０４を連通し、弁座１０５を備えた連通路１０６が形成される。連通路１０６の第１チャンバ１０３側には、弁座１０５を開閉する弁部１１１とこれに接続され第１チャンバ１０３側に配されるダイヤフラム部１１５を備える弁機構体１１０が配置される。
【０００７】
弁機構体１１０の上方にはピストン部１２０が備えられ、圧力制御弁１００のピストン収容部１２１の内面に摺動可能に収容される。弁機構体１１０は、調圧気体１３０等の加圧手段により、常時、弁座１０５側に付勢され、着座状態に維持されている。ピストン部１２０にはＯリング等のシール部材１２３，１２４が装着され、ピストン収容部１２１内でのピストン部の進退動作の安定が図られる。符号１２５，１２６は通気口である。
【０００８】
ところが、圧力制御弁１００であっても前掲図３の圧力制御弁７０と同様に、当該圧力制御弁下流の二次側流体圧力の変動により圧力制御が困難になる問題点を有する。加えて、圧力制御弁１００にシール部材１２３，１２４が装着されていることから、ピストン部１２０とピストン収容部１２１との摺動抵抗が高まり、ピストン部１２０に接続されている弁機構体１１０の制御精度の低下も指摘される。
【０００９】
前記の従来構造の圧力制御弁に存在する問題点に対処するべく、一次側と二次側の双方にダイヤフラム部を配した圧力制御弁が提案されている（特許文献１参照）。同文献の制御弁によると、二次側の流体圧力に左右されることなく、一次側の流体圧力の制御が可能である。しかしながら、圧力制御弁自体の構造が複雑になりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３４６７４３８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】
本考案は、前記の点に鑑みなされたものであり、流体の流通経路を汚染することなく、圧力制御弁下流の二次側の流体圧力が一次側の設定圧力よりも高くなる場合の弁座の開放抑制と、並びに一次側の流体圧力の影響による制御弁内流路の内部容積の増加抑制を簡便な機構により実現する圧力制御弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、請求項１の考案は、一次側に被制御流体の流入部と二次側に該被制御流体の流出部を有し、前記流入部と前記流出部の間に弁座を形成した弁室と、弁軸と、前記弁軸の弁座側に膨出状に形成され一側に前記弁座を進退自在にシールするシール部と他側に前記流出部側からの被制御流体圧力を受ける受圧部を有するポペット弁部と、前記弁軸の前記弁座側と逆側に形成され前記弁室内に装着されたダイヤフラム部とを備える弁機構体と、前記ダイヤフラム部の前記弁室外側に設けられ前記弁機構体を常時付勢するとともに一次側の被制御流体の流入圧によって前記ポペット弁部のシール部を開く付勢手段とを備え、前記弁機構体のポペット弁部のシール部の直径距離（ＳＤ）を前記ダイヤフラム部の膜部の最大直径と該膜部の最小直径を２分した位置における直径距離（ＭＤ）の±１０％以内とする大きさに形成したことを特徴とする圧力制御弁に係る。
【００１３】
請求項２の考案は、前記付勢手段が、ばね又は調圧気体のいずれか一方もしくは両方である請求項１に記載の圧力制御弁に係る。
【００１４】
請求項３の考案は、前記ダイヤフラム部において、該ダイヤフラム部の膜部と該ダイヤフラム部の外周部が立設部を介して段差を設けて形成されている請求項１又は２に記載の圧力制御弁に係る。
【考案の効果】
【００１５】
請求項１の考案に係る圧力制御弁によると、一次側に被制御流体の流入部と二次側に該被制御流体の流出部を有し、前記流入部と前記流出部の間に弁座を形成した弁室と、弁軸と、前記弁軸の弁座側に膨出状に形成され一側に前記弁座を進退自在にシールするシール部と他側に前記流出部側からの被制御流体圧力を受ける受圧部を有するポペット弁部と、前記弁軸の前記弁座側と逆側に形成され前記弁室内に装着されたダイヤフラム部とを備える弁機構体と、前記ダイヤフラム部の前記弁室外側に設けられ前記弁機構体を常時付勢するとともに一次側の被制御流体の流入圧によって前記ポペット弁部のシール部を開く付勢手段とを備え、前記弁機構体のポペット弁部のシール部の直径距離（ＳＤ）を前記ダイヤフラム部の膜部の最大直径と該膜部の最小直径を２分した位置における直径距離（ＭＤ）の±１０％以内とする大きさに形成したため、流体の流通経路を汚染することなく、圧力制御弁下流の二次側の流体圧力が一次側の設定圧力よりも高くなる場合の弁座の開放抑制、さらには一次側の流体圧力の影響による制御弁内流路の内部容積の増加抑制を簡便な機構により実現することができる。
【００１６】
請求項２の考案に係る圧力制御弁によると、請求項１に係る考案において、前記付勢手段が、ばね又は調圧気体のいずれか一方もしくは両方であるため、弁座の開閉に関する部材を簡素化できる。また、弁機構体の動作制御も容易となる。
【００１７】
請求項３の考案に係る圧力制御弁によると、請求項１又は２に係る考案において、前記ダイヤフラム部において、該ダイヤフラム部の膜部と該ダイヤフラム部の外周部が立設部を介して段差を設けて形成されているため、弁室内の被制御流体の置換特性を高め、余分な流体の滞留を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案の一実施例に係る圧力制御弁の縦断面図である。
【図２】同圧力制御弁の開状態の縦断面図である。
【図３】従来の圧力制御弁の縦断面図である。
【図４】従来の他の圧力制御弁の縦断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
図１及び図２に示す本考案の圧力制御弁１０は、主に半導体製造工場等の流体管路に配設され、その管路を流れる純水や薬液等の被制御流体の流れを一方向（順方向）のみとし、当該圧力制御弁の一次側（上流側）の被制御流体の流体圧力を一定に保つ弁である。この圧力制御弁１０は、弁室２０と弁機構体３０と付勢手段４０と備える。実施例の圧力制御弁の弁室２０は、耐蝕性及び耐薬品性の高いＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなるボディ体１１内部に形成される。弁室２０は、被制御流体のための流入部２１と流出部２２を有しているとともに、前記流入部２１と流出部２２間に弁座２３が形成されている。
【００２０】
弁機構体３０は、ボディ体１１と同様にフッ素樹脂等の樹脂から形成され、弁軸３１とポペット弁部３２とダイヤフラム部３５とを有する。ポペット弁部３２は、弁軸３１の弁座側（前側）に膨出状に形成されており、その一側（図示下方側）に弁座２３を進退自在にシールするシール部３３が形成され、他側（図示弁軸側）には前記流出部２２からの被制御流体圧力を受ける受圧部３４が形成される。この実施例では、図から理解されるように、ポペット弁部３２の前側が前端に向かって細くなるテーパ状に形成され、その傾斜面の一部が弁座２３に着座及び離座可能なシール部３３となる。
【００２１】
付勢手段４０は、ダイヤフラム部３５の弁室２０外側に設けられ、弁機構体３０を常時前進方向ｘ（図示下向き矢印）に付勢（実施例では加圧）し、かつ被制御流体の流入圧の上昇によってポペット弁部３２のシール部３３、つまり流入部２１から流出部２２までの流路を開く調節を行う。請求項２の考案に規定するように、当該付勢手段には、ばね４１または調圧気体４５のいずれか一方もしくはその両方が用いられる。実施例は、両方を適用した例を開示する。
【００２２】
本考案の圧力制御弁１０のダイヤフラム部３５の上方には、弁機構体３０の弁軸３１に連結された付勢受け部５０が接続され、同付勢受け部５０は空間部５５を形成した上側本体５１内に進退自在に収容される。実施例の付勢受け部５０の後部にはばね保持部５３が形成され、同ばね保持部５３に付勢手段４０のひとつであるばね４１が装着される。ばね４１は上側本体５１と付勢受け部５０間に挟まれることにより、ばね４１に付勢力が生じる。ばね４１の付勢力は付勢受け部５０の先部５２に螺着等により接続された弁軸３１のポペット弁部３２に伝わる。こうして、常時ポペット弁部３２のシール部３３を弁座２３に着座させる作用が生じる。
【００２３】
実施例では、付勢受け部５０を前進方向（下方向ｘ）及び後退方向（上方向ｙ）に任意に移動調整する付勢手段４０の調圧気体４５を作出するため、調圧エア機構Ａが設けられる。調圧エア機構Ａは、調圧気体（この例では加圧気体）を供給する供給源と、調圧気体の圧力を調整・制御する電空変換器や電空レギュレーター等の調整・制御機器４６を有している。
【００２４】
図中の符号Ｐは空間部５５へ調圧気体を供給するためのポート部、５６は空間部の空気を外部へ出し入れするための呼吸孔である。図示を省略するが、付勢手段を調圧気体のみとする場合、実施例の付勢受け部５０を省略して直接弁機構体３０のダイヤフラム部３５を押圧することも可能である。
【００２５】
ダイヤフラム部３５は、弁軸３１のポペット弁部３２の後側に形成され、弁室２０内に装着されている。ダイヤフラム部３５は、ダイヤフラム面である薄肉の膜部（可動部）３６と、その外周側の外周部３７を有しており、弁機構体３０やボディ体１１と同様にフッ素樹脂等の樹脂から形成される。実施例では、ダイヤフラム部３５の外周部３７がボディ体１１と上側本体５１との間に挟着されて固定されている。さらに、請求項３の考案に規定するように、ダイヤフラム部３５の膜部３６とその外周部３７は、段差Δを有する段差部３８を介して互いは形成される。
【００２６】
段差部３８は、ダイヤフラム部３５における膜部３６を弁室２０側により近付ける。図示から理解されるように、ポペット弁部３２の受圧部３４上方の弁室２０内容積を減少できる。すなわち、弁室内の被制御流体の置換特性を高め、余分な流体の滞留を抑えることができる。加えて、一次側の被制御流体の圧力の変化に伴う内部容積の増加により押し出される流体量を抑制できる。ゆえに、流体の清浄度維持、制御精度の観点から望ましい。
【００２７】
特に本考案の圧力制御弁１０において規定するように、ポペット弁部３２のシール部３３の直径距離（図示の例では弁座２３内側の開口径（オリフィス径）と等しい距離）ＳＤは、ダイヤフラム部３５の有効径となる当該ダイヤフラム部の膜部３６の最大径Ｌ１と膜部３６の最小径Ｌ２を２分した位置における直径距離ＭＤに対して±１０％以内の大きさ、好ましくは双方を同じ大きさに形成される。図示実施例では直径距離ＳＤと直径距離ＭＤとを同じ大きさとしている。ダイヤフラム部３５の膜部３６最大径Ｌ１と膜部３６の最小径Ｌ２を２分した位置における直径距離ＭＤとは、当該ダイヤフラム部の膜部３６の有効受圧径として考えることができる。
【００２８】
圧力制御弁１０における被制御流体の流体圧力の制御、調整は、付勢手段４０により弁機構体３０に加わる前進方向（下方向ｘ）の力と、ポペット弁部３２のシール部３３（直径距離ＳＤ）の面積に加わる弁機構体３０の後退方向（上方向ｙ）に作用する力との均衡により行われる。
【００２９】
流入部２１側（一次側）の流体圧力が所定値以上となると、図２に示すように、付勢手段４０のばね４１並びに調圧気体４５の付勢力に勝り、弁機構体３０は後退方向（上方向ｙ）に作用することによってポペット弁部３２のシール部３３が弁座２３から離座する。そこで、当該シール部３３と弁座２３間に流体流通空間ができる。よって、被制御流体が流入口２１から流出口２２方向（順方向）に流通させることができる。図示から把握されるように、被制御流体はボディ体１１の弁室２０、ダイヤフラム３５等としか接触しないため、清浄度が保たれる。
【００３０】
圧力制御弁１０の二次側（流出部２２の下流側）の被制御流体の圧力が上昇して二次側から圧力制御弁１０に向けて逆流が生じるような場合、本考案のとおり、ダイヤフラム部の膜部３６の有効受圧径である直径距離ＭＤと、シール部３３の直径距離ＳＤとを±１０％以内の大きさ、好ましくは双方を同じ大きさ（ＳＤ＝ＭＤ）としているため、ダイヤフラム部の膜部が受ける上方向ｙの圧力（有効受圧径の直径距離ＭＤから算出される面積に比例）と、ポペット弁部３２の受圧部３４が受ける下方向ｘの圧力（シール部の直径距離（弁座の開口径）ＳＤから算出される面積に比例）とはほぼ等しい大きさとなって釣り合いがとれる。
【００３１】
従って、圧力制御弁の二次側の流体圧力が変動したとしても、弁機構体自体に加わる圧力が互いに相殺されることになり、ポペット弁部の進退（弁座の開閉）が被る影響は低減される。このため、本考案の圧力制御弁にあっては、当該圧力制御弁の二次側の流体圧力変動の影響を受けることなく、圧力制御弁の一次側の被制御流体の流体圧力並びにその圧力変動のみに応答してポペット弁部（弁機構体）の進退動作が可能となり、被制御流体の流れを一方向（順方向）のみとして当該圧力制御弁の一次側（上流側）の被制御流体の流体圧力を一定に保つことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  圧力制御弁
２０  弁室
２１  流入部
２２  流出部
２３  弁座
３０  弁機構体
３１  弁軸
３２  ポペット弁部
３３  シール部
３４  受圧部
３５  ダイヤフラム部
３６  膜部
３７  外周部
３８  段差部
４０  付勢手段
４１  ばね
４５  調圧気体
５０  付勢受け部
ＳＤ  ポペット弁部のシール部の直径距離
ＭＤ  ダイヤフラム部の膜部の最大径とその最小径を２分した位置における直径距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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