JP2014031842A

JP2014031842A - 制御弁

Info

Publication number: JP2014031842A
Application number: JP2012173043A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Kanai; 良二金井
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: KR101942903B1; KR20140018096A; JP5995595B2

Abstract

【課題】樹脂製の部材を有する制御弁の組立性を向上する。
【解決手段】制御弁は一次側流路および二次側流路１２が形成された樹脂製の流路ブロック１０ａを有し、流路ブロック１０ａの表面側には弁体１５を駆動する駆動ブロック１０ｂが取り付けられている。流路ブロック１０ａの底面側に取り付けられる締結ブロック１０ｃには、締結ピン３８が取り付けられるピン固定孔３７が形成され、締結ピン３８が貫通するピン貫通孔３９が駆動ブロック１０ｂの締結部３２に形成されている。締結ピン３８をピン貫通孔３９に貫通させると、流路ブロック１０ａには締結ピン３８により圧縮力が加えられて残留歪みが発生する。
【選択図】図３

Description

本発明は、流路が形成される樹脂製の流路ブロックを有する制御弁に関する。

流体圧機器や、液体が塗布される被加工物に対して、流体圧源からの流体を供給する流体供給装置には、流路を開閉したり、圧力を制御したりするために制御弁が使用される。このような用途に使用される制御弁としては、流体圧源に接続される一次側配管が接続される入口流路つまり一次側流路と、流体圧機器や被加工物に流体を案内する二次側配管が接続される出口流路つまり二次側流路とを有しており、両方の流路は流路ブロックに設けられている。制御弁には一次側流路と二次側流路とを連通させる連通室が設けられており、この連通室を開閉したり、連通室の開度を調整したりするために、制御弁には弁体が設けられている。弁体を駆動するための駆動ブロックは、流路ブロックにねじ部材等により取り付けられている。

例えば、半導体ウエハにフォトレジスト液等の薬液を塗布するための液体供給装置に用いられる制御弁は、薬液と化学反応を起こさないように、流路ブロックはフッ素樹脂等の樹脂により形成されている。弁体を駆動するための駆動ブロックは、液体と直接接触することがないので、樹脂や金属により形成されている。

特許文献１には、一次側の流体圧力が変動しても二次側の流体圧を一定に保つための定圧レギュレータとも言われる制御弁が記載されており、一次側流路と二次側流路とが形成されたレギュレータ本体はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂により形成されている。駆動ブロックとしての蓋体がレギュレータ本体に取り付けられており、蓋体つまり駆動ブロックが弁体としてのダイヤフラムを駆動する。蓋体もフッ素樹脂により形成されている。

特開２００３−１８６５４６号公報

上述のように、一次側流路と二次側流路とが形成された樹脂製の流路ブロックと、弁体を駆動するための駆動機構が設けられた駆動ブロックとを有する制御弁においては、流路ブロックと駆動ブロックとがねじ部材により締結される。流路ブロックにねじ部材により締結力が外力として加えられると、流路ブロックには歪みが発生し、それが残留歪みとなって残ることになる。樹脂製の流路ブロックは、ねじ部材により外力が加えられると、金属製の流路ブロックの場合に比較して、歪みが増加する現象つまりクリープ現象を小さい外力でも短時間に起こすことになる。流路ブロックにクリープ現象が発生すると、外形寸法がわずかに短くなり、流路ブロックと駆動ブロックとの間に隙間が発生することがあるので、そのままでは隙間から流体が外部に漏れるおそれがある。このため、樹脂製の流路ブロックを有する制御弁を組み立てるには、流路ブロックと駆動ブロックとをねじ部材により締結した後にねじ部材のゆるみが生じるので、一定時間を経てから再度ねじ部材の増し締め作業を行う必要がある。

このように、樹脂製の部材を有する制御弁においては、ねじ部材の締結作業と一定時間が経過した後の増し締め作業との二段階でねじ部材の締結作業を行い、制御弁が使用される過程ではクリープ現象によって隙間が発生しないようにする必要がある。このため、制御弁の組立作業性が悪いという問題点がある。

本発明の目的は、樹脂製の部材を有する制御弁が長期の使用や熱サイクルによってクリープを起こしても、緩みを生じない制御弁を提供することにある。

本発明の目的は、樹脂製の部材を有する制御弁の組立性を向上することにある。

本発明の目的は、樹脂製の部材を有する制御弁において、流路ブロックと駆動ブロックとを締結するねじ部材を廃止し、ねじのトルク管理、増し締め作業を廃止して制御弁の組立性を向上することにある。

本発明の制御弁は、流体が供給される一次側流路および流体を吐出する二次側流路が形成された樹脂製の流路ブロックと、前記流路ブロックの表面側に取り付けられ、弁体を駆動する弁体駆動機構が設けられるとともにピン嵌合孔を有するピン嵌合部が設けられた駆動ブロックと、ピン固定孔が形成され、前記流路ブロックの底面側に配置される締結ブロックと、前記流路ブロックの底面側に突出して設けられ、ピン貫通孔が形成された締結部と、前記流路ブロックの表面側に前記駆動ブロックを配置し、前記流路ブロックの底面側に前記締結ブロックを配置した状態のもとで、前記ピン嵌合孔と前記ピン固定孔と前記ピン貫通孔とに挿入される締結ピンとを有することを特徴とする。

この制御弁においては、開閉弁体を駆動する駆動ブロックが流路ブロックの表面側に取り付けられ、流路ブロックの底面側に締結ブロックが取り付けられる。駆動ブロックと締結ブロックにより流路ブロックを挟み込むように外力を加えて、流路ブロックを圧縮変形させた状態で、締結ブロックに形成されたピン固定孔と駆動ブロックのピン嵌合部に形成されたピン嵌合孔に締結ピンを貫通させる。外力を解除すると、流路ブロックには圧縮力が加えられた状態となり、流路ブロックに発生した歪みがクリープ現象によって増加しても、流路ブロックと駆動ブロックの突き当て面の密着が確保されて、隙間の発生が防止される。

したがって、流路ブロックと駆動ブロックとをねじ部材により締結することなく、流路ブロックと駆動ブロックの突き当て面の密着性を維持することができるので、ねじ部材の増し締め作業が不要となり、制御弁の組み立て作業性を向上させることができる。さらに、樹脂製の流路ブロックが長期の使用や熱サイクルによってクリープを起こしても、流路ブロックと駆動ブロックの締結は緩むことなく、長期間に渡って所望の作動特性を維持することができる。

制御弁の一例を正面側から見た縦断面図である。図１における２−２線断面図である。図１における３−３線断面図である。図１の右側面図である。制御弁を右側面から見た制御弁の分解図である。図５における６−６線断面図である。図５における７−７線矢視図である。締結ピンを取り付ける前の状態における制御弁の一部切欠き右側面図である。図８における１０部の拡大断面図である。制御弁の変形例を示す断面図である。従来の制御弁を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、制御弁はフッ素樹脂製の流路ブロック１０ａを有している。流路ブロック１０ａは全体的にほぼ直方体形状であり、図１において上面が表面となっており、下面が底面となっている。流路ブロック１０ａには一次側流路１１と二次側流路１２が形成されている。一次側流路１１は図示しない液体収容タンクおよびこの中の液体を吐出するポンプ等を有する液体供給源に連通され、二次側流路１２は図示しない塗布ノズル等の液体吐出具に連通される。例えば、この制御弁が被加工物に対して薬液等の液体を塗布する工程に使用されるときには、ポンプから供給された液体が制御弁により液体吐出具に吐出される。

流路ブロック１０ａの一端部には一次側の継手部１３が突設され、他端部には二次側の継手部１４が突設されており、両方の継手部１３，１４は同軸となっている。継手部１３には、ポンプ等の液体供給源に接続された一次側の配管に連通する一次側ポート１３ａが設けられ、継手部１４には、塗布ノズル等の液体吐出具に接続された二次側の配管に連通する二次側ポート１４ａが設けられている。一次側流路１１は一次側ポート１３ａに連通する一次側の主流路１１ａを有し、二次側流路１２は二次側ポート１４ａに連通する二次側の主流路１２ａを有し、両方の主流路１１ａ，１２ａは同軸となっている。流路ブロック１０ａにおいて、主流路１１ａは一次側の連通流路１１ｂを介して流路ブロック１０ａの表面と連通しており、連通流路１１ｂは主流路１１ａに対してほぼ直角方向に伸びている。また、主流路１２ａは二次側の連通流路１２ｂを介して流路ブロック１０ａの表面と連通している。連通流路１２ｂは主流路１２ａに対してほぼ直角方向に伸びており、連通流路１１ｂと平行となっている。

それぞれの連通流路１１ｂ，１２ｂが開口する流路ブロック１０ａの表面には、ダイヤフラム型の開閉弁体１５が配置されている。開閉弁体１５は、フッ素樹脂により形成されており、連通流路１２ｂの開口部に設けられた弁座１６に当接する開閉部１５ａと、環状基部１５ｂとを有し、開閉部１５ａと環状基部１５ｂとの間には弾性変形部１５ｃが設けられている。開閉弁体１５の環状基部１５ｂは、流路ブロック１０ａとこれに取り付けられる駆動ブロック１０ｂとの間に挟持されている。駆動ブロック１０ｂは、フッ素樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂やアルミニウム合金等の硬質材料により形成されている。開閉弁体１５と流路ブロック１０ａとにより連通室１８が区画されており、この連通室１８は一次側流路１１と二次側流路１２とを連通させる。

駆動ブロック１０ｂに形成されたガイド孔１９には、弁駆動部材としての駆動ロッド２０が軸方向に往復動自在に装着され、この駆動ロッド２０の先端には、開閉弁体１５の開閉部１５ａに一体に設けられた軸部１５ｄがねじ結合されている。ガイド孔１９に連なって駆動ブロック１０ｂに形成されたシリンダ孔２１には、駆動ロッド２０の基端部に一体に設けられたピストン２２が軸方向に往復動自在に装着されている。駆動ブロック１０ｂにはばね室２３が形成されており、このばね室２３には、圧縮コイルばね２４が配置されている。この圧縮コイルばね２４によって、開閉弁体１５の開閉部１５ａに対して弁座１６に向かうばね力が、駆動ロッド２０を介して付勢されている。

ピストン２２とシリンダ孔２１とにより空気圧室２５が区画されており、この空気圧室２５に連通する給排ポート２６が駆動ブロック１０ｂに形成されている。この給排ポート２６から圧縮空気を供給すると、駆動ロッド２０はばね力に抗して後退移動し、開閉部１５ａは弁座１６から離れる。これにより、一次側流路１１と二次側流路１２は連通室１８を介して連通状態となり、制御弁は開弁状態となる。これに対し、空気圧室２５内の空気を外部に排出すると、圧縮コイルばね２４のばね力により駆動ロッド２０は弁座１６に向けて前進移動して開閉部１５ａは弁座１６に当接する。これにより、一次側流路１１と二次側流路１２の連通は遮断され、開閉弁体１５は閉じた状態となる。駆動ブロック１０ｂにはばね室２３を外部に連通させる息付き孔２７と、空気圧室２５を外部に連通させる息付き孔２８とが形成されている。

ピストン２２は空気圧室２５に供給される圧縮空気により後退方向に駆動され、空気圧室２５内の空気を排出するとばね力により前進方向に駆動される単動型となっている。これに対し、ばね室２３を空気圧室としてピストン２２を空気圧により前進方向に駆動する形態とすると、ピストン２２は複動型となる。駆動ブロック１０ｂを、シリンダ孔２１が形成された本体部と、これに組み付けられる蓋部との２分割構造としてしても良い。

流路ブロック１０ａの底面には凹部３１が形成され、凹部３１の外側は図２に示されるように凹部３１を囲むようにほぼ四辺形の締結部３２となっており、締結部３２は図１に示されるように流路ブロック１０ａの底面側に突出している。締結部３２の底面に設けられた突き当て面３３には、締結ブロック１０ｃが突き当てられており、締結ブロック１０ｃが流路ブロック１０ａの底面側に取り付けられる。締結ブロック１０ｃはフッ素樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂やアルミニウム合金等の硬質材料により形成されている。締結ブロック１０ｃの内面外周部には締結部３２の突き当て面３３に突き当てられる突き当て面３４が設けられており、突き当て面３４の内側には凹部３１内に入り込むピン固定部３５が締結ブロック１０ｃの内面に突出して設けられている。ピン固定部３５の突出高さは、凹部３１の深さよりも短くなっており、締結ブロック１０ｃが流路ブロック１０ａに取り付けられたときには、凹部３１の底面３１ａとピン固定部３５の間には隙間３６が形成される。

ピン固定部３５には、図１および図２に示されるように、２つのピン固定孔３７が形成されており、それぞれのピン固定孔３７には締結ピン３８が取り付けられる。ピン固定孔３７は、図２に示されるように、継手部１３，１４の突出方向を左右方向とすると、これに対して直角となった前後方向に伸びている。ただし、ピン固定孔３７を継手部１３，１４と平行にピン固定部３５に設けても良い。流路ブロック１０ａの締結部３２には、図２に示されるように、締結ピン３８が貫通するピン貫通孔３９が形成されており、それぞれのピン貫通孔３９には２本の締結ピン３８の端部が貫通する。

駆動ブロック１０ｂには、図２および図３に示されるように、流路ブロック１０ａの両側面を覆うカバー部が設けられており、カバー部はピン嵌合部４１となっている。このピン嵌合部４１に形成されたピン嵌合孔４２には、締結ピン３８の端部が嵌合される。図示するピン固定孔３７，ピン貫通孔３９およびピン嵌合孔４２の径は、締結ピン３８の外径とほぼ同一となっている。

制御弁は、図５に示されるように、流路ブロック１０ａと駆動ブロック１０ｂと締結ブロック１０ｃとを組み付けることにより組み立てられる。流路ブロック１０ａと駆動ブロック１０ｂとを組み付けるには、流路ブロック１０ａを駆動ブロック１０ｂの左右のピン嵌合部４１の間に挿入する。

図８および図９は、締結ブロック１０ｃが流路ブロック１０ａの底面側に突き当てられ、流路ブロック１０ａが駆動ブロック１０ｂに組み付けられた状態を示す。この状態のもとでは、締結ブロック１０ｃの突き当て面３４が流路ブロック１０ａの突き当て面３３に突き当てられる。このときには、図９に示されるように、締結部３２のピン貫通孔３９の中心軸Ｏ２は、ピン固定部３５のピン固定孔３７の中心軸Ｏ１よりも流路ブロック１０ａの表面側にＥ１ずれている。さらに、ピン嵌合部４１のピン嵌合孔４２の中心軸Ｏ３は、中心軸Ｏ２よりも流路ブロック１０ａの表面側にＥ２ずれている。それぞれの中心軸が上述した位置関係となるように、流路ブロック１０ａ，駆動ブロック１０ｂおよび締結ブロック１０ｃには、予め、ピン固定孔３７，ピン貫通孔３９およびピン嵌合孔４２がそれぞれ形成される。

図８に示されるように、流路ブロック１０ａ等の３つのブロックが合わせられた状態で、締結ブロック１０ｃと駆動ブロック１０ｂとが流路ブロック１０ａを挟み込んで、図９のずれＥ１とＥ２がゼロになるように外力が加えられる。流路ブロック１０ａはこの外力によって圧縮力を受けて歪む。この外力によりピン固定孔３７，ピン貫通孔３９およびピン嵌合孔４２の中心軸が同軸となったところで、締結ピン３８を挿入する。

締結ピン３８がピン嵌合孔４２に嵌合されると、加えられた外力を取り除いた後も流路ブロック１０ａは締結ブロック１０ｃから圧縮力を受けて寸法が変わることがなく、歪んだままとなる。このように、ピン固定孔３７とピン嵌合孔４２とを偏心させて締結ブロック１０ｃと駆動ブロック１０ｂとを製造し、流路ブロック１０ａを圧縮変形させた状態のもとで、締結ピン３８をピン嵌合孔４２に固定するとともにピン貫通孔３９に貫通させてピン固定孔３７とピン嵌合孔４２とが同軸となるように、流路ブロック１０ａが圧縮歪みを起こした状態の寸法を維持させる。これにより、締結ピン３８をピン固定孔３７とピン嵌合孔４２に挿入した状態のもとでは、流路ブロック１０ａに圧縮方向の締め付け力つまり圧縮力が加えられるので、樹脂製の流路ブロック１０ａがクリープ現象により歪みが増加しても、流路ブロック１０ａと駆動ブロック１０ｂとの間に隙間が発生することが防止される。

締結ピン３８には括れ部４３が設けられており、上述のようにピン貫通孔３９の径は締結ピン３８の外径とほぼ同一となっている。したがって、締結ピン３８を流路ブロック１０ａのピン固定孔３７に取り付けることにより、締結ピン３８をピン貫通孔３９に貫通させると、締結ピン３８はピン貫通孔３９の内面に密着し、樹脂製の流路ブロック１０ａの一部が歪みによって括れ部４３に入り込む。これにより、締結ピン３８の抜けが防止される。括れ部４３に流路ブロック１０ａの一部を食い込ませない形態においては、ピン貫通孔３９の径を締結ピン３８の外径よりも大きくすることができる。駆動ブロック１０ｂのピン嵌合部４１の先端には、図４および図５に示されるように、突起４４が設けられ、突起４４に対向して突起４５が締結ブロック１０ｃの両側に設けられている。両方の突起４４，４５が当接することよって、締結ブロック１０ｃが駆動ブロック１０ｂからずれることが防止される。

図１１は従来の制御弁の平面図であり、図１１は図１に示した制御弁における上面に対応した部分を示している。従来のように、駆動ブロック１０ｂに取り付けられるねじ部材１７により駆動ブロック１０ｂと流路ブロック１０ａとを締結すると、駆動ブロック１０ｂと流路ブロック１０ａとをねじ部材１７により組み付け作業が行われた後に、時間をおいてねじ部材１７の増し締め作業を行う必要があった。

これに対し、図１に示した制御弁においては、流路ブロック１０ａと駆動ブロック１０ｂとに締結ブロック１０ｃを締結ピン３８により組み付けると、上述のように、流路ブロック１０ａは駆動ブロック１０ｂと締結ブロック１０ｃとにより圧縮力を受けた圧縮歪みが発生した状態となる。これにより、流路ブロック１０ａと駆動ブロック１０ｂとをねじ部材を用いて締結することが不要となり、ねじ部材の締め付けトルクの管理、増し締め作業が不要となり、制御弁の組立を少ない作業工程で容易に行うことができる。

上述のように、締結ピン３８の中央部分が締結ブロック１０ｃに固定され、締結ピン３８の両端部がピン貫通孔３９を貫通しており、締結ピン３８には傾斜する方向の外力が加わらない。締結ピン３８の両端部を締結ブロック１０ｃに固定し、締結ピン３８の軸方向中央部分が流路ブロック１０ａを貫通するようにしても良い。

図１０は変形例である制御弁を示す断面図であり、上述した制御弁における図３に相当する部分を示す。図１０においては、上述した制御弁における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。図１０に示される制御弁においては、流路ブロック１０ａの底部中央部に締結部３２が突出して設けられ、締結ブロック１０ｃには締結部３２が入り込む凹部３１が設けられている。締結ピン３８は、その軸方向中央部分が流路ブロック１０ａの締結部３２に形成されたピン貫通孔３９を貫通し、両端部が締結ブロック１０ｃのピン固定部３５に形成されたピン固定孔３７に固定される。

このように、流路ブロック１０ａに設けられる締結部３２と、締結ブロック１０ｃに設けられるピン固定部３５の凹凸関係は、図３に示される形態としても良く、図１０に示される形態としても良い。

制御弁に設けられる締結ピン３８の本数は、２本以上としても１本としても良いが、本数を増加させると、残留歪みを流路ブロック１０ａの広い範囲に分布させることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、開閉弁体１５はダイヤフラム型であるが、ポペット型の開閉弁体を設けるようにしても良い。また、図示する制御弁は一次側流路と二次側流路とを連通状態と遮断状態とに切り換えるようにした開閉弁であるが、弁体の開度を変化させることにより、一次側流路から二次側流路に流入する流体の流量や圧力を制御するための弁としても本発明を適用することができる。

１０ａ流路ブロック
１０ｂ駆動ブロック
１０ｃ締結ブロック
１１一次側流路
１２二次側流路
１５開閉弁体
１６弁座
１７ねじ部材
２０駆動ロッド
２２ピストン
２４圧縮コイルばね
２５空気圧室
３１凹部
３２締結部
３５ピン固定部
３６隙間
３７ピン固定孔
３８締結ピン
３９ピン貫通孔
４１ピン嵌合部
４２ピン嵌合孔
４３括れ部

Claims

流体が供給される一次側流路および流体を吐出する二次側流路が形成された樹脂製の流路ブロックと、
前記流路ブロックの表面側に取り付けられ、弁体を駆動する弁体駆動機構が設けられるとともにピン嵌合孔を有するピン嵌合部が設けられた駆動ブロックと、
ピン固定孔が形成され、前記流路ブロックの底面側に配置される締結ブロックと、
前記流路ブロックの底面側に突出して設けられ、ピン貫通孔が形成された締結部と、
前記流路ブロックの表面側に前記駆動ブロックを配置し、前記流路ブロックの底面側に前記締結ブロックを配置した状態のもとで、前記ピン嵌合孔と前記ピン固定孔と前記ピン貫通孔とに挿入される締結ピンとを有することを特徴とする制御弁。
請求項１記載の制御弁において、前記駆動ブロックが組み付けられた前記流路ブロックに前記締結ブロックを突き当てたときには、前記ピン固定孔および前記ピン貫通孔よりも前記ピン嵌合孔が前記流路ブロックの表面側にずれており、前記締結ピンを前記ピン固定孔と前記ピン貫通孔と前記ピン嵌合孔に挿入した状態のもとで、前記駆動ブロックと前記締結ブロックとにより前記流路ブロックに圧縮力を加えることを特徴とする制御弁。
請求項１記載の制御弁において、前記流路ブロックに前記締結ブロックを突き当てたときには、前記ピン固定孔よりも前記ピン貫通孔が前記流路ブロックの表面側にずれており、前記締結ピンを前記ピン固定孔と前記ピン貫通孔と前記ピン嵌合孔に挿入した状態のもとで、前記ピン貫通孔に前記締結ピンを密着させることを特徴とする制御弁。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御弁において、前記締結ピンに前記流路ブロックが食い込む括れ部を設けることを特徴とする制御弁。