JP2016114240A - 流体制御バルブ及び流体制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弁閉の際に発生する弁体の変形による摩耗を抑え、パーティクルの発生を低減できる流体制御バルブ及び流体制御方法を提供すること。【解決手段】駆動部３と、第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂと弁座２４を有するバルブボディ２１と、柱状に形成され、駆動部３に連結される弁体４とを有すること、弁体４が、弁座側に位置する弁座側端面４１１ａに環状に突設され、弁座２４に押し付けられてシールする環状シール部４１４ａを先端部に設けられた環状シール突起４１４を有し、少なくとも環状シール突起４１４がフッ素樹脂製であること、弁体４は、駆動部３により環状シール部４１４ａが弁座２４に押付けられる際、環状シール部４１４ａが径方向に変位する変位量が６．１７５μｍ以下であることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を制御する流体制御バルブ及び流体制御方法に関する。

例えば、半導体製造装置では、弁体を弁座に当接又は離間させることにより流体を制御する流体制御バルブが使用される。この種の流体制御バルブは、耐腐食性を確保するために、弁体や弁座等の接液部が樹脂で形成されている。薬液中にパーティクルが含まれると、製品の歩留まり率を低下させる。そのため、従来の流体制御バルブは、弁体が当接する弁座の弁座面に、加熱部材の平坦な当接面を押し当てた後、弁座面から加熱部材を離すことにより、弁座面の成形欠陥を解消し、パーティクルが発生しないようにしている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１２２７１８号公報

従来の流体制御バルブにおけるパーティクル対策は、従来の半導体製造への影響を低減できていた。しかし、半導体デバイスは、毎年微細化され、それに伴って、半導体製造に影響するパーティクルが微細化する。半導体デバイスの微細化が進むと、更に微細なパーティクルを減らすことが必要となっている。例えば、市販のパーティクルカウンタで測定可能な２０ｎｍのパーティクルが問題になっている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、弁閉の際に発生する弁体の変形による摩耗を抑え、パーティクルの発生を低減できる流体制御バルブ及び流体制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）駆動部と、第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量が６．１７５μｍ以下であることを特徴とする流体制御バルブである。

（２）駆動部と、第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量が、前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径に対して１２．４×１０^-4倍以下であることを特徴とする流体制御バルブである。
ここで、「弁座に当接していないときの環状シール部の径」は、環状シール部がフラットな面で形成される場合には、弁座に当接していない環状シール部の径方向中心位置の直径をいう。また、環状シール部がＲ形状である場合には、弁座に当接していない環状シール部の頂点部分の径をいう。

（３）駆動部と、第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設された環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であり、前記環状シール突起の先端部に、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部がフラットに形成されていること、前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量が、前記弁座に当接していない場合における前記環状シール部の幅寸法の６．１８×１０^-2倍以下であることを特徴とする流体制御バルブである。

（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の構成において、前記弁座側端面の直径が、前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径の１．３倍以上であることが好ましい。
ここで、「前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径」は、環状シール部がフラットな面で形成される場合には、弁座に当接していない環状シール部の径方向中心位置の直径をいう。また、環状シール部がＲ形状である場合には、弁座に当接していない環状シール部の頂点部分の直径をいう。

（５）（４）に記載の構成において、前記弁体は、最も細い部分の直径が前記環状シール部の径より小さいことが好ましい。

（６）（５）に記載の構成において、前記弁体は、前記環状シール部の径方向中心位置における軸線方向の肉厚が、前記環状シール部の径に対して０．７倍以上であることが好ましい。

（７）（５）又は（６）に記載の構成において、前記弁体は、前記環状シール突起の内側に前記弁座側端面から弁座方向に突出する凸部を有することが好ましい。

（８）（７）に記載の構成において、前記凸部は、前記弁座側端面に接続する基端部の直径が前記弁体の最も細い部分の直径以上であることが好ましい。

（９）（１）乃至（８）の何れか一つに記載の構成において、前記環状シール突起は、ＰＦＡで形成されていることが好ましい。

（１０）駆動部と、第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量を抑制することにより、弁開閉作動時に発生するパーティクルの量を低減することを特徴とする流体制御バルブである。

（１１）駆動部と、第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有する流体制御バルブに用いられること、前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、前記駆動部により前記環状シール部を前記弁座に当接させた後、さらに前記環状シール部を前記弁座に押し付ける場合に、前記環状シール部が径方向に変位する変位量を抑制し、弁開閉動作時に発生するパーティクルの量を低減することを特徴とする流体制御方法である。

（１２）駆動部と、第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、前記弁座側端面の直径が前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径の１．３倍以上であることを特徴とする流体制御バルブである。
ここで、「弁座に当接していないときの環状シール部の径」は、環状シール部がフラットな面で形成される場合には、弁座に当接していない環状シール部の径方向中心位置の直径をいう。また、環状シール部がＲ形状である場合には、弁座に当接していない環状シール部の頂点部分の径をいう。

上記構成では、駆動部が弁体の環状シール部を弁座に当接させた後、さらに環状シール部を弁座に押し付ける場合に、環状シール部が径方向に変位する変位量が抑制される。その変位量は、例えば、６．１７５μｍ以下、又は、弁座に当接していないときの環状シール部の径に対して１２．４×１０^-4倍以下に抑制される。また例えば、環状シール部がフラットである場合には、その変位量は、前記弁座に当接していない場合における前記環状シール部の幅寸法の６．１８×１０^-2倍以下に、抑制される。このように、環状シール部の変位量が抑制されると、環状シール部が弁座に擦れて摩耗しにくくなるので、半導体製造に影響するパーティクルの発生を低減できる。しかも、弁体の変形による摩耗を抑えることで、弁開閉動作を繰り返してもシール性が低下しない。これにより、流体制御バルブの耐久性が向上する。また、必要シール力を削減し、駆動部をコンパクトにできる。

上記構成では、弁座側端面の直径が、弁座に当接していないときの環状シール部の直径の１．３倍以上であるので、弁座側端面付近の剛性が高い。これにより、弁体は、環状シール部を弁座に押し付ける押し付け動作中に、弁座側端面が変形しにくい。そのため、環状シール突起は、押し付け動作中に、環状シール部を径方向に変位させるように変形しにくく、環状シール部の摩耗を抑制できる。よって、上記構成によれば、弁閉の際に発生する弁体の変形による摩耗を抑制することにより、パーティクルの発生を低減できる。

上記構成では、弁体の最も細い部分の直径が環状シール部の径より小さいので、弁座側端面が環状シール突起より内側を弁座側に押される。しかし、流体制御バルブは、環状シール面の径方向への変位量が抑制されるので、環状シール面の摩耗を低減して、パーティクルの発生を低減できる。

上記構成では、弁体は、環状シール部の径方向中心位置における軸線方向の肉厚が、環状シール部の径に対して０．７倍以上であるので、駆動部から荷重を受けて生じる変形が弁座側端面から離れた位置で分散し始める。そのため、弁座側端面付近では、垂直方向への変形が生じやすい。よって、上記構成では、環状シール部を弁座に垂直に押し付けやすく、環状シール部が径方向に変位する変位量を抑制できる。

上記構成では、弁体は、環状シール突起の内側に弁座側端面から弁座方向に突出する凸部を有するので、駆動部から荷重を受ける部分の剛性が高く、弁座側端面が環状シール突起の内側を弁座側へ突出させるように変形しにくい。よって、上記構成によれば、環状シール突起が弁座側端面の変形につられて撓みにくく、環状シール面の変位量を抑制できる。

上記構成では、凸部は、弁座側端面に接続する基端部の直径が前記弁体の最も細い部分の直径以上であるので、駆動部から受ける荷重全体を支え、弁体を径外方向に変形させにくい。よって、上記構成によれば、弁座側端面の変形を抑制し、環状シール面の変位量を低減できる。

上記構成では、環状シール突起が、硬度の高いＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）で形成されるので、弁閉の際に発生する環状シール突起の変形を抑制して環状シール部の摩耗を抑制し、パーティクルの発生を低減させることができる。

上記構成によれば、弁閉の際に発生する弁体の変形による摩耗を抑え、パーティクルの発生を低減できる流体制御バルブ及び流体制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る流体制御バルブの断面図であって、閉状態を示す。 図１に示す弁体の断面図である。 比較例１〜３及び実施例１〜１３の設定条件を示す表である。 実施例１０の弁体を示す断面図である。 実施例１の弁体を示す断面図である。 実施例２の弁体を示す断面図である。 比較例１の変位量解析結果を示す図である。 比較例２の変位量解析結果を示す図である。 比較例３の変位量解析結果を示す図である。 実施例１の変位量解析結果を示す図である。 実施例２の変位量解析結果を示す図である。 実施例３の変位量解析結果を示す図である。 実施例４の変位量解析結果を示す図である。 実施例５の変位量解析結果を示す図である。 実施例６の変位量解析結果を示す図である。 実施例７の変位量解析結果を示す図である。 実施例８の変位量解析結果を示す図である。 実施例９の変位量解析結果を示す図である。 実施例１０の変位量解析結果を示す図である。 実施例１１の変位量解析結果を示す図である。 実施例１２の変位量解析結果を示す図である。 実施例１３の変位量解析結果を示す図である。 比較例１〜３及び実施例１〜１３における環状シール面の変位量と、実施例１０の環状シール面の変位量を１００％とした場合における比較例１〜３及び実施例１〜１３の環状シール面の変位量の割合と、幅方向中心径に対する環状シール面の変位量の割合と、幅寸法に対する環状シール面の変位量の割合とを示す表である。 パーティクル実測値を示す図であって、２０ｎｍ以上のパーティクル数を縦軸に示し、環状シール面の変位量（μｍ）を横軸に示す。 幅方向中心径に対する端面直径の割合（Ｄ／Ａ）と、環状シール面の変位量との関係を示すグラフであって、縦軸に環状シール面の変位量（μｍ）を示し、横軸にＤ／Ａ（倍）を示す。 図４に示す実施例１０の弁体に関し、パーティクル試験後の環状シール面を撮影した顕微鏡写真である。 図２６に示す顕微鏡写真のイメージ図である。 図５に示す実施例１の弁体に関し、パーティクル試験後の環状シール面を撮影した顕微鏡写真である。 図２８に示す顕微鏡写真のイメージ図である。 ダイアフラム弁体の弾性変形のイメージ図である。 本発明の第３実施形態に係る流体制御バルブに使用される弁体の断面図である。 第１変形例の弁体を示す断面図である。 第２変形例の弁体を示す断面図である。 第３変形例の弁体を示す断面図である。 第４変形例の弁体を示す断面図である。 第５変形例の弁体を示す断面図である。

以下に、本発明に係る流体制御バルブ及び流体制御方法の実施形態について図面に基づいて説明する。

Ａ．第１実施形態
（本発明の概略について）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体制御バルブ１の断面図であって、閉状態を示す。第１実施形態の流体制御バルブ１は、弁閉の際に発生するダイアフラム弁体(弁体の一例)４の変形による摩耗を低減することに特徴を有するものである。

従来、ダイアフラム弁は、弁体を弁座に対して垂直に当てたり、弁体の環状シール面や弁座の弁座面の面粗度を上げたりする等、弁体の環状シール面と弁座の弁座面とが当接する状態の改善や当接力の抑制によって、パーティクル対策を行ってきた。しかし、この方法だけでは、十分にパーティクルの数を減らすことができなかった。例えば、半導体デバイスは、毎年微細化され、半導体製造に影響するパーティクルが年々小さくなっている。例えば、流体制御バルブは、市販のパーティクルカウンタで測定できる２０ｎｍのパーティクルを極力減らすことが求められている。よって、従来のパーティクルの数を減らす対応では、問題になるパーティクルが小さくなったら、更に別の対策が必要になり、パーティクルの微細化といたちごっこになっていた。そこで、発明者は、パーティクル発生原因を排除する必要性に気付き、パーティクルの根本的な発生原因を実験やシミュレーションを重ねて発見した（後述の効果確認試験結果参照）。

図３０は、ダイアフラム弁体１０００の弾性変形のイメージ図である。ダイアフラム弁体１０００は、薄膜部１０００ａが接続する部分を細くして首部１０００ｂを形成されている。これにより、流体制御バルブは、同じバルブサイズでも、ダイアフラム弁体１０００を収容するダイアフラム室の容積を広げて薄膜部１０００ａの可撓領域を広げ、流体からの受圧面積を調整できる。ダイアフラム弁体１０００は、弁座側端面１０００ｃを備える弁体部１０００ｄが、首部１０００ｂと同軸となるように、首部１０００ｂの直径より大きく設けられている。弁座側端面１０００ｃは、環状シール突起１０００ｆが首部１０００ｂより径外側に設けられ、弁座開口部の内径（オリフィス径）を大きくして制御流量を多くする。かかるダイアフラム弁体１０００を備える流体制御バルブは、首部１０００ｂに付与された駆動力が弁体部１０００ｄを介して環状シール突起１０００ｆの環状シール面１０００ｅに伝達され、環状シール面１０００ｅを３〜５０ＭＰａの面圧で弁座にシールさせる。このようなダイアフラム弁体１０００は、図中Ｋ１方向の駆動力が付与される力点より、環状シール面１０００ｅが弁座に当接してシールする作用点Ｋ２が、径外側にずれている。そのため、弁閉動作をする度に、図中Ｋ３に示すように、環状シール面１０００ｅに径外方向へ広がろうとする力が発生する。この場合、図中想像線Ｍに示すように、ダイアフラム弁体１０００は、環状シール面１０００ｅを弁座に対して横滑りさせるように変形し、環状シール面１０００ｅが弁座に擦れて摩耗していた。この摩耗部分が、弁開閉動作中に環状シール面１０００ｅからちぎれ、パーティクルになると、発明者らは考えた。そして、発明者らは、これらのことをシミュレーションと実験で裏付けた。そして、発明者らは、弁体の変形を抑制又は防止するように環状シール突起付近の形状を工夫した。

（流体制御バルブの概略構成）
図１に示すように、流体制御バルブ１は、流体を制御する弁部２と、弁部２に駆動力を付与する駆動部３を備える。流体制御バルブ１は、例えば、半導体製造装置に取り付けられ、ウエハに供給する薬液の流量を制御する。この場合、流体制御バルブ１は、腐食性の高い薬液を制御することがあるので、ダイアフラム弁体４により駆動部３と弁部２との間が仕切られている。

駆動部３は、シリンダボディ３１とシリンダカバー３２とによりシリンダ本体３３が構成されている。ピストン３５は、ピストン本体３５ａがシリンダ本体３３内に形成されたピストン室３４に摺動可能に装填され、ピストン室３４を第１室３４ａと第２室３４ｂに気密に区画している。ピストン本体３５ａには、シャフト３５ｂが一体に設けられている。シャフト３５ｂの下端部は、シリンダ本体３３から弁部２側へ突出し、弁部２のダイアフラム弁体４に連結されている。圧縮ばね３６は、ダイアフラム弁体４にシール荷重を付与するものであり、第１室３４ａに縮設されてピストン３５を弁部２の弁座２４側へ向かって常時付勢している。シリンダ本体３３には、第１室３４ａに連通して吸排気を行う吸排気ポート３３ａと、第２室３４ｂに連通して操作エアを供給する操作ポート３３ｂが形成されている。

かかる駆動部３は、圧縮ばね３６のばね力と第２室３４ｂの内圧とのバランスによってピストン３５を軸線に沿って往復直線運動させ、ダイアフラム弁体４を所定のストローク移動させる。かかる駆動部３は、圧縮ばね３６と環状シール部材を除いて、構成部品がフッ素樹脂を材質としており、腐食性の高い雰囲気でも使用できるようにされている。

弁部２は、バルブボディ２１に内蔵され、ダイアフラム弁体４の環状シール突起４１４が弁座２４の弁座面２４ａに当接又は離間することにより流体制御を行う。バルブボディ２１とダイアフラム弁体４は、耐腐食性を確保するために、フッ素樹脂で形成されている。さらに、ダイアフラム弁体４は、環状シール突起４１４のシール性を高めるために、バルブボディ２１（弁座２４）の硬度と同一又はバルブボディ２１（弁座２４）の硬度より低いフッ素樹脂とすることが好ましい。本実施形態では、バルブボディ２１（弁座２４）の材質をＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）硬度Ｄ６０〜６４とし、ダイアフラム弁体４の材質をＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）硬度Ｄ５３〜５８とする。

バルブボディ２１は、直方体形状をなし、流体を入出力するための第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂが対向する側面に開設されている。バルブボディ２１の上面には、開口部２１ｅが円柱形状に開設され、開口部２１ｅより外側に装着孔２１ｆが環状に形成されている。弁部２は、バルブボディ２１の装着孔２１ｆにダイアフラム弁体４の外縁部４３が嵌め込まれ、バルブボディ２１とシリンダ本体３３との間で外縁部４３を挟持することにより、ダイアフラム室２２と非接液室２３が形成されている。ダイアフラム弁体４の弁本体４１は、シャフト３５ｂに連結され、ダイアフラム室２２内で図中上下方向に移動する。非接液室２３は、シリンダ本体３３に形成された呼吸孔３３ｃに連通し、薄膜部４２が弁本体４１の移動に従ってスムーズに変形できるようにしている。

第１連通流路２１ｃは、第１ポート２１ａとダイアフラム室２２を連通させるようにバルブボディ２１にＬ字形に形成され、ダイアフラム室２２の底面中央部に開口している。ダイアフラム室２２の底面は、第１連通流路２１ｃが開口する開口部の外周に沿って弁座２４が設けられている。弁座２４は、ダイアフラム室２２の軸線に対して直交する平坦面になるように加工された弁座面２４ａを備える。第２連通流路２１ｄは、第２ポート２１ｂをダイアフラム室２２に連通させるようにＬ字形に形成され、弁座２４より外側に開口している。

（弁体の構成）
図２は、図１に示すダイアフラム弁体４の断面図である。ダイアフラム弁体４は、柱状の弁本体４１が、駆動部３（図１参照）に連結され、弁座２４に当接又は離間する。弁本体４１の外周面には、薄膜部４２が接続し、その薄膜部４２の外縁部に外縁部４３が肉厚に設けられている。弁本体４１は、円柱部４１１と、肩部４１２と、首部４１３が同軸上に設けられている。尚、本実施形態では、弁体部４１０は、円柱部４１１と肩部４１２により、構成されている。

円柱部４１１は、円柱形状をなし、弁座２４に対向する弁座側端面４１１ａを備える。首部４１３は、外周面４１３ａに薄膜部４２が接続しており、ダイアフラム室２２（図１参照）の容積を確保するために、直径が円柱部４１１の直径より小さくされている。首部４１３は、シャフト３５ｂに開設された雌ねじ部３５ｃ（図１参照）に螺合する雄ねじ部４１３ｂが上部に設けられている。肩部４１２は、円柱部４１１と首部４１３との間に介在し、円柱部４１１から首部４１３へ向かって縮径するように設けられ、ダイアフラム室２２（図１参照）を流れる流体が滞留したり乱流を発生させたりすることを防いでいる。また、首部４１３の縮径により、外縁部４３の外径寸法を小さくできるため、バルブボディ２１をコンパクトにできる。

弁本体４１の弁座側端面４１１ａには、環状シール突起４１４が弁本体４１の軸心を中心に環状に突設されている。環状シール突起４１４は、首部４１３の外周面４１３ａが肩部４１２の外周面４１２ａに接続する接続位置Ｔ（以下「Ｔ部」ともいう。）より外側に設けられている。そのため、弁本体４１は、シール荷重が加えられる位置より外側の位置で弁座２４にシールし、弁座開口部の面積（オリフィス径）を広げている。

環状シール突起４１４は、シール荷重が加えられても倒れにくい剛性を有するように、弁座側端面４１１ａから環状シール突起４１４の先端までの高さＣが設定される。本実施形態では、環状シール突起４１４の高さＣを、弁座に当接していない場合における環状シール面４１４ａ（環状シール部の一例）の径方向中心位置の直径（「環状シール部の径」の一例である。以下「幅方向中心径Ａ」ともいう。）に対して１０分の１に設定している。

環状シール突起４１４は、弁座側端面４１１ａ側から先端部（弁座側）へ向かって縮径するように設けられている。すなわち、環状シール突起４１４の内周面４１４ｂと外周面４１４ｃには、弁座側端面４１１ａから先端部へ向かって傾斜を大きくするテーパが設けられている。環状シール突起４１４は、先端部が弁本体４１の軸線に対して直交するようにフラットに加工されて環状シール面４１４ａを形成されている。これにより、環状シール突起４１４は、環状シール面４１４ａに対して単位面積当たりに作用するシール荷重が高くされ、流体漏れを防止し、環状シール面４１４ａが弁座面２４ａに対して滑りにくい。また、駆動部３がコンパクトになる。尚、環状シール面４１４ａの径方向幅寸法Ｂ（以下「幅寸法Ｂ」ともいう。）は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して１００分の１以上１０分の１以下とすることが望ましい。

ダイアフラム弁体４は、環状シール面４１４ａが径方向に変位する変位量を、６．１７５μｍ以下として、環状シール面４１４ａが弁座２４に擦れて摩耗しにくくしている。この剛性を持たせるために、ダイアフラム弁体４は、円柱部４１１（弁座側端面４１１ａ）の直径Ｄ（以下「端面直径Ｄ」ともいう。）が太くされると共に、凸部４１６が環状シール突起４１４の内側に設けられている。

しかも、端面直径Ｄは幅方向中心径Ａに対して１．３倍以上に設定され、環状シール突起４１４から円柱部４１１の外周面４１１ｂまでの拡径幅寸法Ｅが厚くされている。これにより、弁本体４１は、駆動部３がダイアフラム弁体４に荷重を加える方向に沿って環状シール突起４１４を弁座面２４ａに対して垂直に押し付けやすくなり、環状シール面４１４ａの変位量を抑制できる。

更に、弁本体４１は、環状シール面４１４ａの径方向中心位置における軸線方向の肉厚Ｆが、幅方向中心径Ａに対して０．７倍以上に設定されている。これにより、弁本体４１は、シール荷重を加えられて環状シール突起４１４を弁座２４にシールさせる場合に、環状シール面４１４ａからその上方にかけて発生する変形を抑制する剛性を有する。また、弁本体４１は、駆動部３の荷重を弁体部４１０に広く分散させることができる。尚、弁本体４１は、環状シール面４１４ａの変位量を６．１７５μｍ以下にできるなら、肉厚Ｆを幅方向中心径Ａの０．７倍以下に設定しても良い。この場合には、ダイアフラム室２２の容積を広げて流体の滞留を防いだり、バルブサイズを小さくしたりすることができる。

凸部４１６は、弁座側端面４１１ａの環状シール突起４１４より内側に、首部４１３と同軸となるように形成され、弁座側端面４１１ａを弁座側から補強している。弁本体４１は、凸部４１６が弁本体４１（円柱部４１１）に接続する基端部の直径Ｈ（以下「基端部直径Ｈ」ともいう。）が、駆動部から荷重を受ける受圧面と弁座側端面との間において最も細い部分の直径Ｊ（以下、「細部直径Ｊ」という。）以上となるように、凸部４１６を設けられている。すなわち、凸部４１６は、基端部の外周位置Ｕ（以下「Ｕ部」ともいう。）が、細部直径Ｊの真下もしくは細部直径Ｊより径方向の外側に位置するように設けられている。これにより、弁本体４１は、シール荷重を加えられる部分が凸部４１６により肉厚にされて剛性を高められる。また、凸部４１６は、弁本体４１に接続する基端部の高さＩが、環状シール突起４１４の高さ（弁座側端面４１１ａから環状シール突起４１４の環状シール面４１４ａまでの高さ）Ｃに対して０．７倍以上にされている。これにより、弁本体４１は、中心部の肉厚が厚くされ、剛性が高くされる。

弁本体４１は、環状シール突起４１４と凸部４１６の間に環状凹溝４１５が形成され、凸部４１６に発生した弾性変形が環状シール突起４１４へ伝達されにくくしている。

（流体制御バルブによる流体制御方法）
次に、上記構成を有する流体制御バルブ１を用いた流体制御方法を説明する。例えば、流体制御バルブ１は、第１ポート２１ａが薬液供給源に接続され、第２ポート２１ｂが半導体製造装置の反応室に接続される。

（流体制御バルブの概略動作）
流体制御バルブ１は、ウエハに薬液を供給しない待機状態のときには、操作ポート３３ｂに操作流体が供給されない。この場合、圧縮ばね３６の付勢力がピストン３５を介してダイアフラム弁体４に作用し、ダイアフラム弁体４の環状シール突起４１４が弁座２４の弁座面２４ａに密着してシールされる。このとき、弁部２は、第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂの間を遮断し、第２ポート２１ｂから反応室へ薬液を供給しない。

ウエハに薬液を供給する場合には、流体制御バルブ１は、操作ポート３３ｂに操作流体が供給される。第２室３４ｂの内圧が圧縮ばね３６の付勢力より大きくなると、ピストン３５が圧縮ばね３６に抗して反弁座側へ移動する。ダイアフラム弁体４は、ピストン３５と一体的に上昇し、環状シール突起４１４を弁座面２４ａから離間させる。これにより、流体制御バルブ１は、弁本体４１のストロークに応じて薬液を第１ポート２１ａから第２ポート２１ｂへ流し、反応室へ供給する。

ウエハへの薬液供給を停止する場合には、流体制御バルブ１は、操作ポート３３ｂから操作流体を排気する。すると、ピストン３５が圧縮ばね３６に付勢されて弁座方向に移動し、ダイアフラム弁体４の首部４１３を弁座方向に押圧する。ダイアフラム弁体４は、ピストン３５と一体的に下降し、環状シール突起４１４の環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに当接させた後、シール荷重を環状シール突起４１４に加えて環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに押し付けて圧接させる。これにより、流体制御バルブ１は、待機状態となる。

（弁閉の際に発生する弁体の変形による摩耗とその低減方法）
流体制御バルブ１では、ダイアフラム弁体４が、細部直径Ｊが環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａより小さい。そのため、ダイアフラム弁体４は、環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに押し付けてシールする作用点が、駆動部３の駆動力を弁座側端面４１１ａに伝える部分の力点より径外側にずれている。ダイアフラム弁体４は、弁閉動作時に、環状シール突起４１４の環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに当接させた後、更に、駆動部３によりシール荷重を環状シール突起４１４に付与されて環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに押し付ける。この場合、ダイアフラム弁体４は、弁座２４に支持されていない弁本体４１の中心部が弁座側へ弾性変形しようとする。この弾性変形量が大きくなればなるほど、ダイアフラム弁体４は、環状シール面４１４ａを径外側へ向かって大きく変位させるように弾性変形する。この環状シール突起４１４の弾性変形が大きいと、環状シール面４１４ａが弁座面２４ａに擦られる量が増え、摩耗しやすくなる。この環状シール面４１４ａの摩耗が、パーティクルとなる。

しかし、本実施形態では、上記弁閉の際に発生する環状シール面４１４ａの摩耗を低減するために、環状シール面４１４ａが径外方向に変位する変位量を抑制できる形状をダイアフラム弁体４自身が有するため、パーティクルの発生自体が抑制又は防止される。よって、半導体デバイスが微細化するのに伴って半導体製造に影響するパーティクルが小さくなっても、それに対応できるようにパーティクルの発生を抑制又は防止できる。

（弁閉の際に発生する環状シール面の摩耗を低減する方法の具体的な説明）
流体制御バルブ１は、環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに当接させてから、環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに押し付けて所定のシール荷重でシールさせるまでの押し付け動作中に、環状シール面４１４ａが弁座２４に対して径外方向にずれる変位量が抑制される。具体的には、その変位量は、６．１７５μｍ以下（幅方向中心径Ａの１２．４×１０^-4倍以下、又は、幅寸法Ｂに対して６．１８×１０^-2倍以下）に抑制される。このように、環状シール面４１４ａの変位量が抑制されると、環状シール面４１４ａが弁座面２４ａに擦れて摩耗しにくくなるので、半導体製造に影響するパーティクルの発生を低減できる。しかも、弁本体４１の変形による摩耗を抑えることで、弁開閉動作を繰り返してもシール性が低下しない。これにより、流体制御バルブ１の耐久性が向上する。また、流体制御バルブ１は、必要シール力を削減し、駆動部３をコンパクトにできる。これらを実現するのに必要な形状をダイアフラム弁体４が備えている。

ダイアフラム弁体４は、端面直径Ｄが幅方向中心径Ａに対して１．３倍以上であるため、弁座側端面４１１ａ付近の剛性を高くされている。そのため、ダイアフラム弁体４は、押し付け動作中に、弁座側端面４１１ａの変形が抑制され、環状シール突起４１４が弁座側端面４１１ａに引っ張られにくくなる。これにより、ダイアフラム弁体４は、押し付け動作中に、環状シール突起４１４が環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに対してずらすように変形しにくくなり、環状シール面４１４ａの摩耗が低減される。よって、流体制御バルブ１は、弁閉の際に発生するダイアフラム弁体４（弁本体４１）の変形による環状シール面４１４ａの摩耗を低減し、パーティクルの発生を抑制又は防止できる。

また、ダイアフラム弁体４は、弁本体４１の中で最も細い部分の径、すなわち細部直径Ｊが、幅方向中心径Ａより小さいので、弁座側端面４１１ａが環状シール突起４１４より内側を弁座２４側に押される。しかし、流体制御バルブ１は、環状シール面４１４ａの径方向への変位量が抑制されるので、環状シール面４１４ａの摩耗を低減して、パーティクルの発生を低減できる。

また、ダイアフラム弁体４は、環状シール面４１４ａの径方向中心位置における軸線方向の肉厚Ｆが、幅方向中心径Ａに対して０．７倍以上であるので、駆動部３から荷重を受けて生じる変形が弁座側端面４１１ａから離れた位置で分散し始める。そのため、弁座側端面４１１ａ付近では、垂直方向への変形が生じやすい。よって、本実施形態の流体制御バルブ１によれば、環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに垂直に押し付けやすく、環状シール面４１４ａが径方向に変位する変位量を抑制できる。

また、ダイアフラム弁体４は、環状シール突起４１４より内側に弁座側端面４１１ａから弁座２４側へ突出する凸部４１６を有するので、駆動部３から荷重を受ける部分の剛性が高く、弁座側端面４１１ａが環状シール突起４１４の内側の部分を弁座２４側へ突出させるように変形しにくい。よって、流体制御バルブ１は、環状シール突起４１４が弁座側端面４１１ａの変形につられて撓みにくく、環状シール面４１４ａの変位量を抑制できる。

特に、凸部４１６は、基端部直径Ｈが細部直径Ｊ以上であるため、駆動部３から受ける荷重全体を支え、弁本体４１を径外方向に変形させにくい。よって、流体制御バルブ１は、弁座側端面４１１ａの変形を抑制し、環状シール面４１４ａの変位量を低減できる。

更に、凸部４１６は、基端部から先端面４１６ａまでの高さＩが、弁座側端面４１１ａから環状シール面４１４ａまでの高さＣに対して０．７倍以上であるので、環状凹溝４１５が深く形成される。これにより、凸部４１６から環状シール突起４１４へ変形が伝達しにくい。そのため、押し付け動作中に環状シール面４１４ａが弁座面２４ａに対してずれにくく、摩耗しにくい。よって、流体制御バルブ１は、弁閉の際に発生するダイアフラム弁体４の変形による摩耗を低減できる。

以上の通り、流体制御バルブ１及び流体制御方法は、弁閉の際に発生するダイアフラム弁体４の変形による摩耗を低減することができる。流体制御バルブ１は、弁閉の際に発生するダイアフラム弁体４の変形による僅かな摩耗を低減するので、微細なパーティクルの発生を抑制又は防止することができる。

（効果確認試験）
発明者らは、環状シール面の変位量に対して、（ａ）端面直径Ｄが与える効果、（ｂ）肉厚Ｆが与える効果、（ｃ）凸部が与える効果、（ｄ）環状凹溝が与える効果、（ｅ）基端部直径Ｈが与える効果、（ｆ）凸部高さＩが与える効果、（ｇ）端面直径Ｄと肉厚Ｆの組み合わせが与える効果、（ｈ）凸部と端面直径Ｄとの組み合わせが与える効果、（ｉ）凸部と肉厚Ｆと高さＧの組み合わせが与える効果を調べる試験を行った。

効果確認試験には、図３に示すように形状が異なる比較例１〜３と実施例１〜１３を用いた。図３は、効果確認試験に使用した比較例１〜３と実施例１〜１３の設定条件を示す表である。図４〜図６は、実施例１０の弁体１０４と、実施例１の弁体２０４と、実施例２の弁体３０４を示す断面図である。尚、実施例４は、上記ダイアフラム弁体４（図２参照）に相当する。以下の説明及び引用する図面において、比較例１〜３と実施例１〜３，５〜１３の構成のうち、実施例４のダイアフラム弁体４と共通する構成については、図２と同様の符号を使用し、説明を適宜省略する。また、以下の説明では、「ダイアフラム弁体４」を「弁体４」ともいう。

効果確認試験では、Dassault Systemes Solid Works Corp.製の解析ソフトウエアを使用した。試験では、比較例１〜３と実施例１〜１３について、環状シール面４１４ａを弁座２４に当接させ始めてから、５０Ｎのシール荷重で環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに押し付けるまでの押し付け動作中に、物性値弾性係数５００ＭＰａ、密度２２００Ｋｇ／ｍ³に設定した弁本体８４１，１４４１，１５４１，２４１，３４１，４４１，４１，５４１，６４１，１０４３，１１４１，７４１，１４１，１２４２，１３４２，９４３が発生する変位量を解析した。この解析結果を図７〜図２２に示す。図２３は、比較例１〜３及び実施例１〜１３における環状シール面４１４ａの変位量と、実施例１０の環状シール面４１４ａの変位量を１００％とした場合における比較例１〜３及び実施例１〜１３の環状シール面４１４ａの変位量の割合と、幅方向中心径Ａに対する環状シール面４１４ａの変位量の割合と、幅寸法Ｂに対する環状シール面４１４ａの変位量の割合とを示す表である。

＜（ａ）端面直径Ｄが環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、端面直径Ｄだけが異なる比較例１，２及び実施例７，１０を比較する。図３及び図４に示すように、実施例１０は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａが５．０ｍｍ、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂが０．１ｍｍ、環状シール突起４１４の高さＣが０．５ｍｍに設定された。また、実施例１０は、端面直径Ｄが、幅方向中心径Ａに対して１．３０倍となる６．５ｍｍに設定された。実施例１０は、環状シール突起４１４の外周面４１４ｃが弁座側端面４１１ａに接続する接続位置Ｓ（以下「Ｓ部」ともいう。）から円柱部１４１１の外周面４１１ｂまでの拡径幅寸法Ｅが０．２５ｍｍに設定された。実施例１０は、環状シール面４１４ａの径方向中心位置における軸線方向の肉厚Ｆが３．７ｍｍに設定された。実施例１０は、環状シール面４１４ａから円柱部１４１１の上端位置Ｖまでの高さＧが２．６５ｍｍに設定された。更に、実施例１０は、細部直径Ｊが４ｍｍに設定された。尚、比較例１は、凸部も環状凹溝も備えない。

これに対して、図３に示すように、比較例１，２及び実施例７は、端面直径Ｄと拡径幅寸法Ｅを除き、実施例１０と同様に構成されている。比較例１の端面直径Ｄは、６．０ｍｍであり、幅方向中心径Ａに対して１．２倍である。比較例１の拡径幅寸法Ｅは０ｍｍである。比較例２の端面直径Ｄは、６．２５ｍｍであり、幅方向中心径Ａに対して１．２５倍である。比較例２の拡径幅寸法Ｅは０．１２５ｍｍである。実施例７の端面直径Ｄは、７．５ｍｍであり、幅方向中心径Ａに対して１．５倍である。実施例７の拡径幅寸法Ｅは０．７５ｍｍである。

図７に、比較例１の変位量解析結果を示す。図中Ｘ８６，Ｘ８８に示すように、比較例１の弁本体８４１は、円柱部８４３の変位量が中心部から径外側へ向かって大きい。円柱部８４３は、変位量の変化率が外周面４１１ｂに近いほど大きい。そして、円柱部８４３は、環状シール突起４１４の図中上側部分の変位量が、環状シール突起４１４に近づくほど大きくなっている。よって、比較例１は、図中Ｙ１１に示すように、押し付け動作中に円柱部８４３が駆動部３の荷重により押し潰されて弁座側端面８４３ａ側を径外方向に膨らませるように変形することが分かる。また、比較例１は、図中Ｘ８５，Ｘ８６に示すように、弁座側端面８４３ａの中心部の変位量と外縁部の変位量との差が大きい。よって、比較例１の弁座側端面８４３ａは、図中Ｙ１２に示すように、中心部を弁座側へ凸状に突き出し、外縁部を反弁座側へせり上げるように、湾曲して変形し、環状シール突起４１４を径外方向に押し出すようにして弁座面２４ａに押し付けることが分かる。

そして、図７のＸ８１〜Ｘ８５に示すように、比較例１は、環状シール突起４１４のＱ部とＲ部とＳ部の変位量がＰ部の変位量より大きい。よって、比較例１は、押し付け動作中に、環状シール突起４１４が先端部を径外方向に広げるように撓んで変形することがわかる。図２３に示すように、比較例１は、環状シール面４１４ａの変位量が９．４２８μｍである。その変位量は、幅方向中心径Ａに対して１８．９０×１０^-4倍、又は、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂに対して９．４３×１０^-2倍である。

図８に、比較例２の変位量解析結果を示す。比較例２の弁本体１４４１は、図中Ｘ１４６，Ｘ１４８に示すように、円柱部１４４２の変位量が中心部から径外側へ向かって大きい。その変位量の変化率は比較例１より小さい。これは、比較例２は、比較例１より拡径幅寸法Ｅが大きく、剛性が高いため、中心部の変形が径外方向に伝わりにくいためと考えられる。しかし、比較例２は、図中Ｘ１４６，Ｘ１４５に示すように、弁座側端面１４４２ａの中心部と外縁部との間の変位量の差が比較例１と同様に大きい。よって、比較例２は、弁座側端面１４４２ａが比較例１と同様に大きく変形することが分かる。また、図中Ｘ１４１〜Ｘ１４４に示すように、比較例２は、Ｑ部、Ｒ部、Ｓ部の変位量がＰ部より大きく、比較例１と同様、環状シール突起４１４が先端部を径外方向に大きく広げるように撓んで変形することがわかる。図２３に示すように、比較例２は、環状シール面４１４ａの変位量が７．２３３μｍである。その変位量は、幅方向中心径Ａに対して１４．４７×１０^-4倍、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂに対して７．２３×１０^-2倍である。

図１９に、実施例１０の変位量解析結果を示す。実施例１０の弁本体１４１は、図中Ｘ１７，Ｘ１８に示すように、円柱部１４１１の中心部から径外側へ向かって変位量が大きくなる。その変位量の変化率は比較例２と同様に抑制されている。そして、実施例１０は、図中Ｘ１５〜Ｘ１８に示すように、弁座側端面１４１１ａの中心部と外縁部との変位量の差が比較例２より小さい。よって、実施例１０は、比較例２と比べ、弁座側端面１４１１ａの変形が抑制され、環状シール突起４１４を弁座面２４ａに押し付けやすいことがわかる。

また、図１９のＸ１１〜Ｘ１４に示すように、実施例１０は、比較例１，２と比べて、Ｐ部、Ｑ部、Ｓ部の変位量が小さい。よって、実施例１０は、比較例１，２と比べて、環状シール突起４１４が径外方向へ撓みにくく、環状シール面４１４ａの内周側の変位を抑制できることがわかる。図２３に示すように、実施例１０は、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍである。その変位量は、幅方向中心径Ａに対して１２．４０×１０^-4倍、又は、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂに対して６．１８×１０^-2倍である。

図１６に、実施例７の変位量解析結果を示す。実施例７の弁本体１０４３は、図中Ｘ１０６，Ｘ１０８に示すように、円柱部４１１の中心部から径外側へ向かって変化量が大きくなっている。その変化率は実施例１０より小さい。しかも、円柱部４１１では、軸線を中心に変位量がほぼ同心円状に変化している。よって、実施例７は、押し付け動作中に円柱部４１１が垂直方向に変形し、環状シール突起４１４を弁座面２４ａに垂直に押し付けやすいことがわかる。また、実施例７は、図中Ｘ１０１〜Ｘ１０４に示すように、Ｐ部、Ｑ部、Ｒ部、Ｓ部の変位量が実施例１０より小さい。よって、実施例７は、実施例１０より、環状シール突起４１４が先端部を径外方向に広げるように撓みにくく、Ｑ部とＲ部の変位量が低減することがわかる。図２３に示すように、実施例７は、環状シール面４１４ａの変位量が４．８８７μｍである。その変位量は、幅方向中心径Ａに対して９．７７×１０^-4倍、又は、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂに対して４．８９×１０^-2倍である。

図２５は、幅方向中心径Ａに対する端面直径Ｄの割合（Ｄ／Ａ）と、環状シール面４１４ａの変位量との関係を示すグラフである。Ｄ／Ａが１．２である比較例１は、押し付け動作中に生じる環状シール面４１４ａの変位量が９．４２８μｍである。Ｄ／Ａが１．２５である比較例２は、押し付け動作中に生じる環状シール面４１４ａの変位量が７．２３３μｍである。Ｄ／Ａが１．３０である実施例１０は、押し付け動作中に生じる環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍである。Ｄ／Ａが１．５である実施例７は、押し付け動作中に生じる環状シール面４１４ａの変位量が４．８８７μｍである。これらより、環状シール面４１４ａの変位量の減少率は、端面直径Ｄが幅方向中心径Ａに対して１．３倍以上になると、急に緩やかになる。これは、端面直径Ｄが１．３倍以上になり、拡径幅寸法Ｅが大きくなると、円柱部の中心部に生じた径外方向の変形を支えるのに必要な厚さの壁が環状シール突起４１４より外側に形成され、弁本体の剛性が高くなるためと考えられる。よって、端面直径Ｄは、幅方向中心径Ａに対して１．３倍以上にすることが好ましい。

ここで、発明者らは、実施例１０に基づいて図４に示す弁体１０４を作製し、その弁体１０４についてパーティクル試験を行った。このパーティクル試験は、前処理として、純水が流れるラインに、評価バルブ（弁体１０４を装着したバルブ）を設置し、弁全開状態で３時間続けて純水１，０００ｍＬ／ｍｉｎを流しながら評価バルブのフラッシングを行った。その後、純水が流れるラインに、評価バルブを設置し、評価バルブの下流側にパーティクルカウンタを設置し、評価バルブのシール荷重を５０Ｎに設定し評価バルブを６００分間かけて１５，０００回弁開閉動作させながら純水１，０００ｍＬ／ｍｉｎを流し、評価バルブを通過した純水のうち７５ｍＬ／ｍｉｎをパーティクルカウンタに通水させた。パーティクルカウンタで、２０ｎｍ以上のパーティクルの個数の積算値を１ｍｉｎ毎に測定し、その積算値より１５，０００回弁開閉動作の間に１ｍＬ当たりに含まれるパーティクル値を測定した。弁体１０４を装着した評価バルブのパーティクル試験結果を図２４に示す。

図２４に示すように、弁体１０４がパーティクル試験中に測定されたパーティクルは、１ｍＬあたり１７．７８個であった。

これに対して、発明者らは、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍ以上９μｍ以下の未対策のサンプルについても、パーティクル試験を実施した。試験方法は、上記と同様であるので説明を割愛する。その結果、サンプルがパーティクル試験中に測定されたパーティクルは、７９７．８個であった。これらのパーティクル試験より、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍを超えると、パーティクル発生量が急激に増加することがわかった。よって、弁体は、環状シール面４１４ａの変位量を６．１７５μｍ以下にすることにより、パーティクルの発生量を効果的に低減できる。

発明者らは、パーティクル試験終了後の弁体１０４について環状シール面４１４ａの顕微鏡写真を撮影した。顕微鏡写真の倍率を５００倍に設定した場合、弁体１０４は、環状シール面４１４ａのＱ部にバリが確認され、環状シール面４１４ａのＲ部にバリが確認されなかった。環状シール面４１４ａのＲ部にバリが発生しないのは、環状シール面４１４ａが径外方向へ移動する際に、Ｒ部に発生したバリが環状シール面４１４ａと弁座面２４ａとの間に巻き込まれてなめされるためと考えられる。

更に、発明者らは、顕微鏡写真の倍率を５００倍から２０００倍に上げ、Ｑ部付近の状態を確認した。弁体１０４は、図２６及び図２７のＺ１に示すような細かい皺や、図中Ｚ２に示すように、細かい擦り傷などが発生していることがわかる。また、弁体１０４は、図中Ｚ３に示すように、バリが環状シール面４１４ａのＱ部から内周面４１４ｂ側へ引き出されて捲り上げられるようにして発生していることが分かる。これらより、弁体１０４は、弁開閉動作を開始すると、環状シール面４１４ａがＱ部を弁座に擦りつけて小さな擦り傷を作り、それらの擦り傷が弁開閉動作を重ねる間に捲れあがってバリとなり、それらのバリが環状シール面４１４ａから離脱してパーティクルになると考えられる。よって、環状シール突起４１４が環状シール面４１４ａを径方向に変位させるように変形することを抑制すれば、Ｑ部の摩耗が低減し、パーティクルカウンタで測定できるパーティクルはもちろん、パーティクルカウンタで測定できない微細なパーティクルの発生も低減できると考えられる。

＜（ｂ）肉厚Ｆが環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、肉厚Ｆだけが相違する比較例３、実施例２、実施例７を比較する。比較例３は、環状シール突起４１４の中心位置における軸線方向の肉厚Ｆが、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａ（５ｍｍ）に対して０．６倍である３ｍｍに設定されている。実施例７は、環状シール突起４１４の中心位置における軸線方向の肉厚Ｆが、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａ（５ｍｍ）に対して０．７４倍である３．７ｍｍに設定されている。実施例２は、環状シール突起４１４の中心位置における軸線方向の肉厚Ｆが、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａ（５ｍｍ）に対して０．９倍である４．５ｍｍに設定されている。尚、比較例３と実施例２と実施例７の弁本体１５４１，３４１，１０４３は、高さＧが同じであり、肩部１５４２，３４１１，４１２により肉厚Ｆの大きさを調整されている。

図９に比較例３の変位量解析結果を示す。図中Ｘ１５６，Ｘ１５８に示すように、比較例３の弁本体１５４１は、弁体部１５４０の変位量が中心部から径外側へ向かって大きい。図中Ｘ１５８に示すように、弁体部１５４０は、環状シール突起４１４の図中上側部分の変位量が、環状シール突起４１４に近づくほど大きい。更に、弁本体１５４１は、弁座側端面４１１ａの中心部と外縁部との変位量の差が大きい。よって、比較例３は、押し付け動作中に円柱部４１１が弁座側端面４１１ａ側を径外方向に膨らませるように変形し、環状シール突起４１４を弁座面２４ａに垂直に押し付けにくいことが分かる。そして、図中Ｘ１５１〜Ｘ１５４に示すように、環状シール突起４１４は、内周面４１４ｂ側より外周面４１４ｃ側の方が変位量が大きく、先端部を径外側に広げるように撓むことが分かる。図２３に示すように、比較例３は、環状シール面４１４ａの変位量が６．４４９μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して１２．９０×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して６．４５×１０^-2倍である。

図１６のＸ１０８に示すように、実施例７の弁本体１０４３は、環状シール突起４１４の図中上側部分の変位量が軸線を中心に同心円状に変化している。よって、弁本体１０４３は、弁体部１０４２が垂直方向に変形しやすく、環状シール突起４１４を弁座面２４ａに垂直に押し付けやすい。また、図中Ｘ１０１〜Ｘ１０４に示すように、実施例７は、Ｐ部、Ｑ部、Ｒ部、Ｓ部の変位量が比較例３より小さい。よって、実施例７は、比較例３より撓みにくい。図２３に示すように、実施例７は、環状シール面４１４ａの変位量が４．８８７μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して９．７７×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して４．８９×１０^-2倍である。

図１１に実施例２の変位量解析結果を示す。図中Ｘ３６，Ｘ３８に示すように、実施例２の弁本体３４１は、環状シール突起４１４の図中上側部分の変形量が、実施例７より更に軸線を中心に同心円状に変化している。また、図中Ｘ３１，Ｘ３２に示すように、実施例２は、実施例７と比べ、環状シール突起４１４のＰ部とＱ部の変形量が小さい。よって、実施例２は、実施例７と比べ、円柱部４１１及び環状シール突起４１４が垂直方向に変形しやすい。図２３に示すように、実施例２は、環状シール面４１４ａの変位量が４．０３７μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して８．０７×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して４．０４×１０^-2倍である。

よって、弁体は、肉厚Ｆだけ大きくしても、環状シール面４１４ａの変位量を抑制できる。これは、弁体は、肉厚Ｆが厚いと、駆動部３から受ける荷重を弁座側端面から離れた位置で分散させ、弁座方向（垂直方向）に作用させやすくなるためと考えられる。

＜（ｃ）凸部が環状シール面の変位量に対して与える効果について＞
図３に示すように、凸部４１６の有無だけが異なる実施例１の弁体２０４と実施例１０の弁体１０４とを比較する。実施例１は、実施例１０に対して凸部４１６を設けた点だけが相違する。実施例１０については上述したので説明を割愛する。実施例１の凸部４１６は、基端部直径Ｈが４ｍｍである。また、凸部４１６は、先端面４１６ａから弁座側端面１４１１ａまでの高さＩが、環状シール突起４１４の高さＣと同じ０．５ｍｍである。

図１０のＸ２１〜Ｘ２４に示す実施例１のＰ部〜Ｓ部付近の変位量は、図１９のＸ１１〜Ｘ１４に示す実施例１０のＰ部〜Ｓ部付近の変位量より小さく、実施例１は実施例１０より環状シール突起４１４の変形が小さいことが分かる。そして、図２３に示すように、、実施例１０は、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂに対して６．１８×１０^-2倍、又は、幅方向中心径Ａに対して１２．４０×１０^-4倍である。一方、実施例１は、環状シール面４１４ａの変位量が５．０６４μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅寸法Ｂに対して５．０６×１０^-2倍、又は、幅方向中心径Ａに対して１０．１０×１０^-4倍である。よって、実施例１は、凸部４１６を備えることにより、環状シール面４１４ａの変位量が実施例１０の環状シール面４１４ａの変位量に対して８２％に抑制される。

また、実施例１は、環状シール突起４１４のＰ部上方の変位量（図１０のＸ２６）が実施例１０のＰ部上方の変位量（図１９のＸ１６参照）より小さい。また、実施例１は、図１０のＸ２６，Ｘ２７に示すように、実施例１０よりも変位量が軸線を中心に同心円状に変化している。よって、実施例１は、実施例１０よりも、弁本体２４１の弁座側端面１４１１ａ付近が径外方向に変形しにくい（シール荷重を付与される垂直方向に変形しやすい）ことがわかる。

よって、実施例１は、凸部４１６を備えることにより、弁座側端面１４１１ａが弁座側に湾曲するように変形すること、及び、環状シール突起４１４が径外方向に撓むように変形することを抑制し、環状シール面４１４ａの変位量を低減できる。これは、実施例１は、実施例１０と比べ、円柱部１４１１が凸部４１６により中心部を補強され、剛性を高くされるためと考えられる。

発明者らは、実施例１に基づいて図５に示す弁体２０４を作製し、弁体２０４についてパーティクル試験を行った。この試験結果を図２４に示す。尚、パーティクル試験の方法は上述したパーティクル試験と同様なので、説明を割愛する。

図２４に示すように、弁体２０４がパーティクル試験中に測定されたパーティクルは、１ｍＬあたり４．４４個であった。よって、弁体２０４は、弁体１０４より、パーティクルを発生しにくい。また、弁体２０４は、パーティクル試験で測定されたパーティクルの数が、弁体１０４に対して４分の１と少なかった。よって、弁体２０４は、凸部４１６を備えることにより、パーティクルの量を低減できる。

発明者らは、パーティクル試験終了後の弁体２０４について環状シール面４１４ａの顕微鏡写真を撮影した。顕微鏡写真の倍率を５００倍に設定した場合、弁体２０４は、環状シール面４１４ａのＱ部にもＲ部にもバリが確認されなかった。更に、発明者らは、顕微鏡写真の倍率を５００倍から２０００倍に上げ、弁体２０４について、環状シール面４１４ａのＱ部付近の状態を確認した。弁体２０４の顕微鏡写真とそのイメージ図を図２８及び図２９に示す。弁体２０４は、図２８及び図２９のＺ４に示すように、環状シール面４１４ａのＱ部に皺も、擦り傷も、バリも確認されない。それどころか、弁体２０４は、Ｑ部表面の凹凸がなじんだ状態になっている。よって、弁体２０４は、パーティクルカウンタで測定できるパーティクルはもちろんのこと、パーティクルカウンタで測定できないような微細パーティクルが発生することも抑制又は防止できると考えられる。

＜（ｄ）環状凹溝が環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、環状凹溝４１５の有無だけが異なる実施例８，９を比較する。実施例８は、凸部１１４３と環状シール突起４１４との間に環状凹溝１１４４が形成されている。凸部１１４３は、基端部直径が４ｍｍ、高さＩが０．４ｍｍで形成されている。実施例９は、凸部７４１６と環状シール突起４１４との間に環状凹溝が形成されていない。凸部７４１６の高さＩは、凸部１１４３と同じである。

図１８に、実施例９の変位量解析結果を示す。Ｘ７６に示すように、弁本体７４１は、凸部７４１６において径外方向に生じた変形がダイレクトに環状シール突起４１４に伝達されている。そのため、図中Ｘ７１〜Ｘ７４に示すように、環状シール突起４１４は、凸部７４１６によって径外方向に押し出されている。図２３に示すように、実施例９は、環状シール面４１４ａの変位量が４．３０２μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して８．６０×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して４．３０×１０^-2倍である。

図１７に、実施例８の変位量解析結果を示す。弁本体１１４１は、凸部１１４３において径外方向に生じた変形が環状凹溝１１４４から環状シール突起４１４に伝わりにくい。そのため、図中Ｘ１１１〜Ｘ１１５に示すように、環状シール突起４１４は、主に垂直方向への変形が生じ、環状シール面４１４ａを弁座面２４ａに対してほぼ垂直方向に押し付ける。図２３に示すように、実施例８は、環状シール面４１４ａの変位量が３．７３６μｍである。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して７．４７×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して３．７４×１０^-2倍である。

以上より、弁体は、凸部と環状シール突起との間に環状凹溝を形成することにより、凸部だけを備える弁体より環状シール面の径外方向への変位量を抑制できる。

＜（ｅ）基端部直径Ｈが環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、基端部直径Ｈだけが異なる実施例１と実施例１３を比較する。実施例１は、凸部４１６の基端部直径Ｈが、細部直径Ｊと同じ４ｍｍに設定されている。また、実施例１３は、凸部９４４の基端部直径Ｈが、細部直径Ｊ（４ｍｍ）より小さい２ｍｍに設定されている。実施例１の環状凹溝４１５は、実施例１３の環状凹溝９４５より、幅広に設けられている。

図２２に、実施例１３の変位量解析結果を示す。図中Ｘ９６に示すように、弁本体９４３は、凸部９４４の範囲では、弁座方向の変形が生じる。しかし、図中Ｘ９７に示すように、弁本体９４３は、凸部９４４より外側であって首部４１３の外周面４１３ａより内側の部分において、径外方向の変形が生じている。その変形は、図中Ｘ９８に示すように、環状シール突起４１４の図中上側部分を介して円柱部１４１１の外周面４１１ｂへダイレクトに伝わる。そして、図中Ｘ９１〜Ｘ９４に示すように、環状シール突起４１４は、内周面４１４ｂより外周面４１４ｃの方が変形量が大きい。図２３に示すように、実施例１３は、環状シール面４１４ａの変位量が６．１６２μｍである。この変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して１２．３０×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して６．１６×１０^-2倍である。

一方、図１０に示すように、実施例１は、実施例１３と比べ、全体的に、変位量が弁本体２４１の軸線を中心に同心円状に変化している。図中Ｘ２１〜Ｘ２６に示すように、弁体２０４は、環状シール突起４１４のＰ部より外側の変形量が実施例１３より小さい。そして、Ｘ２１〜Ｘ２４に示すように、弁体２０４は、Ｐ部、Ｑ部、Ｒ部、Ｓ部の変形量が実施例１３より小さい。図２３に示すように、実施例１は、環状シール面４１４ａの変位量が５．０６４μｍである。この変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して１０．１０×１０^-4倍、幅寸法Ｂに対して５．０６×１０^-2倍である。

従って、弁体は、基端部直径Ｈを細部直径Ｊ以上にすることにより、環状シール面の変位量を抑制できる。これは、凸部４１６が、駆動部の荷重全体を支えて、広く分散させることができるためと考えられる。

＜（ｆ）凸部高さＩが環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、凸部の高さＩだけが異なる実施例１，１１，１２を比較する。実施例１は、凸部４１６の高さＩが、環状シール突起４１４の高さＣと同じ０．５ｍｍである。実施例１１は、凸部１２４３の高さＩが、環状シール突起４１４の高さＣに対して０．７倍となる０．３５ｍｍである。実施例１２は、凸部１３４３の高さＩが、環状シール突起４１４の高さＣに対して０．６倍となる０．３ｍｍである。図１０，図２０，図２１に、実施例１，１１，１２の変位量解析結果を示す。

図１０のＸ２６、Ｘ２７に示すように、実施例１は、凸部４１６の変形が環状凹溝４１５に遮られて環状シール突起４１４に伝わりにくく、環状シール突起４１４が主として垂直方向に変形している。それに対して、図２０のＸ１２６，Ｘ１２８及び図２１のＸ１３８に示すように、実施例１１，１２は、凸部１２４３、１３４３の径外方向の変形が環状凹溝１２４４，１３４４を超えて環状シール突起４１４の図中上側部分に伝わりやすい。また、図２０のＸ１２３に示すように、実施例１１は、Ｒ部の変位量が実施例１よりも大きい。また、図２１のＸ１３３に示すように、実施例１３は、環状シール突起４１４の外周面４１４ｃの変位量が実施例１，１０よりも大きい。図２３に示すように、環状シール面４１４ａの変位量は、実施例１が５．０６４μｍ、実施例１１が５．６４４μｍ、実施例１２が５．６７８μｍｍである。よって、凸部４１６は、高さＩが高いほど、環状シール面４１４ａの変位量が抑制される。これは、高さＩが高いほど、凸部で変形を広く分散して、環状シール面４１４ａに伝わる変形量を抑制できるためと考えられる。また、環状凹溝が深く形成され、凸部の変形が環状シール突起に伝わりにくくなるためと考えられる。

＜（ｇ）端面直径Ｄと肉厚Ｆの組み合わせが環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、端面直径Ｄと肉厚Ｆが異なる実施例２，３を比較する。実施例２は、端面直径Ｄが７．５ｍｍ、肉厚Ｆが４．５ｍｍである。一方、実施例３は、端面直径Ｄが８．５ｍｍ、肉厚Ｆが５．４ｍｍである。図１１及び図１２に、実施例２，３の変位量解析結果を示す。

実施例３は、図１２のＸ４１〜Ｘ４４に示すＰ部、Ｑ部、Ｒ部、Ｓ部の変位量が、実施例２（図１１のＸ３１〜Ｘ３５参照）と比べて小さく、環状シール突起４１４が垂直方向に変形している。また、実施例３の弁体部４４０は、実施例２の弁体部３４０と比べ、変位量が軸線を中心に同士円状に変化している。図２３に示すように、実施例２は、環状シール面４１４ａの変位が４．０３７μｍであった。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して８．０７×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して４．０４×１０^-2倍である。一方、実施例３は、環状シール面４１４ａの変位量が３．２２４μｍであった。その変位量は、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａに対して６．４５×１０^-4倍、又は、幅寸法Ｂに対して３．２２×１０^-2倍である。

よって、実施例３は、実施例２より円柱部４４１１と弁座側端面４４１１ａの変形が小さく、環状シール突起４１４を弁座面２４ａに垂直に押し付けることができる。また、実施例３は、実施例２より環状シール突起４１４が弁座面２４ａに垂直に押し付けられて変形しにくく、環状シール面４１４ａの変位量が抑制される。これは、実施例３は、実施例２より端面直径Ｄと肉厚Ｆが大きいことにより、駆動部３の荷重を弁座側端面４４１１ａから離れた位置で広く分散させ、環状シール突起４１４を弁座２４に対して垂直に押し付けることができるからと考えられる。

発明者らは、実施例２，３に基づいて弁体３０４，４０４を作製し、パーティクル試験を行った。パーティクル試験の方法は、上述したパーティクル試験と同様であるので、説明を割愛する。このパーティクル試験の結果を、図２４に示す。

図２４に示すように、弁体３０４がパーティクル試験中に測定されたパーティクルの数は、１ｍＬ当たり２．２２個であった。このパーティクルの数は、実施例１０に対しては約９分の１に低減されている。一方、図２４に示すように、弁体４０４は、パーティクル試験中にパーティクルが測定されなかった。よって、円柱部４１１の端面直径Ｄと肉厚Ｆを大きくするほど、パーティクルを抑制する効果が大きくなる。剛性が高くなるからである。

また、発明者らは、パーティクル試験を終了した弁体３０４，４０４について環状シール面４１４ａの顕微鏡写真を倍率２０００倍で撮影した。弁体３０４，４０４は、何れも、環状シール面４１４ａにバリが確認されなかった。弁体４０４は、弁体３０４と比べ、Ｑ部の表面が滑らかであった。これは、弁体４０４は、弁体３０４より環状シール突起４１４が垂直方向に押し付けられてなめされるためと考えられる。

よって、弁体は、端面直径Ｄと肉厚Ｆが大きいほど、パーティクルカウンタで測定できるパーティクルはもちろんのこと、パーティクルカウンタで測定できない微細なパーティクルの発生も抑制又は防止することができると考えられる。

＜（ｈ）凸部と端面直径Ｄとの組み合わせが環状シール面の変位量に与える効果について＞
ところで、実施例３のように、端面直径Ｄを大きくすると、ダイアフラム室２２が広くなるため、バルブボディ２１が大きくなる。また、弁座側端面４４１１ａに作用する流体圧力が高くなるため、シール荷重を強くするために駆動部が大きくなる。一方、肉厚Ｆが大きいと、ダイアフラム室２２内に滞留部が形成されやすくなる。また、ダイアフラム室２２が広くなるため、バルブボディ２１が大きくなる。そこで、発明者らは、図３に示すように、端面直径Ｄと肉厚Ｆが実施例３より小さく、凸部４１６を備える実施例４について、変位量を解析した。実施例４の弁体４の変位量解析結果を図１３に示す。

図３に示すように、実施例３は、端面直径Ｄが８．５ｍｍ、肉厚Ｆが５．４ｍｍで、凸部を備えない。一方、実施例４は、端面直径Ｄが７．５ｍｍで、肉厚Ｆが４．５ｍｍで、凸部４１６を備える。図１２及び図１３に、実施例３，４の変位量解析結果を示す。

図１３に示すように、実施例４の弁本体４１は、凸部４１６により中心部の剛性が高められ、実施例３（図１２参照）と比べ、中心部が径外方向に変形しにくい。そして、図１３のＸ６，Ｘ７に示すように、弁本体４１は、凸部４１６が径外方向に変形しても、その変形が環状凹溝４１５により環状シール突起４１４に伝わりにくい。更に、実施例４の弁本体４１は、図１３のＸ１〜Ｘ４に示すように、環状シール突起４１４のＰ部、Ｑ部、Ｒ部、Ｓ部の変位量が実施例３（図１２のＸ４１〜Ｘ４４参照）と同程度に抑制される。図２３に示すように、環状シール面４１４ａの変位量が３．６８７μｍである。実施例３は、環状シール面４１４ａの変位量が３．２２４μｍである。

このように、実施例４は、端面直径Ｄを実施例３に対して約０．８８倍、肉厚Ｆを実施例３に対して約０．８３倍と小さくしても、凸部４１６と環状凹溝４１５を備えることで、環状シール面４１４ａの変位量が実施例３と同程度にされる。よって、実施例４は、実施例３と比べ、駆動部３とバルブボディ２１をコンパクトにできる。これにより、実施例４では、環状シール面４１４ａの変位量を抑制して摩耗を減らし、パーティクルを抑制できると共に、バルブサイズをコンパクトにできる。また、実施例４は、弁本体４１の劣化を抑制するので、初期のシール力を長期間維持でき、バルブのメンテナンス間隔を広げることができる。

＜（ｉ）凸部と肉厚Ｆと高さＧの組み合わせが環状シール面の変位量に与える効果について＞
図３に示すように、肉厚Ｆと高さＧが異なる実施例４，５，６を比較する。実施例４，５，６は、Ｔ部の位置や凸部４１６と環状凹溝４１５が同様に設けられている。実施例４，５，６は、高さＧの大きさと肩部４１２，５４３，６４３の傾斜角度により、肉厚Ｆの大きさが調整されている。実施例４は、肉厚Ｆが、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａ（５ｍｍ）に対して０．９倍となる４．５ｍｍである。また、実施例４は、高さＧが２．６５ｍｍである。実施例５は、肉厚Ｆが、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａ（５ｍｍ）に対して０．８倍となる４．０ｍｍである。また、実施例５は、高さＧが２．１５ｍｍである。実施例６は、肉厚Ｆが、環状シール面４１４ａの幅方向中心径Ａ（５ｍｍ）に対して０．７倍となる３．５ｍｍである。また、実施例４は、高さＧが１．６５ｍｍである。実施例４〜６の弁体４，５０４，６０４の変位量解析結果を、図１３〜図１５に示す。

図１３、図１４、図１５に示すように、実施例４，５，６は、凸部４１６によって弁本体４１，５４１，６４１の中心部が剛性を高められ、径外方向に変形しにくい。凸部４１６に生じた径外方向の変形は、環状凹溝４１５により環状シール突起４１４に伝わりにくい。また、図１３、図１４、図１５に示すように、弁本体４１，５４１，６４１は、変位量が軸線を中心に同心円状に変化しており、垂直方向に変形しやすい。図１３のＸ５〜Ｘ７、図１４のＸ５５〜Ｘ５７、図１５のＸ６５〜Ｘ６７に示すように、弁座側端面４１１ａ，５４１１ａ，６４１１ａの変形が同程度に抑制され、環状シール突起４１４を弁座面２４ａに垂直に押し付けている。更に、図１３のＸ１〜Ｘ４、図１４のＸ５１〜Ｘ５４、図１５のＸ６１〜Ｘ６４に示すように、実施例４，５，６は、Ｐ点、Ｑ点、Ｒ点、Ｓ点の変位量が同程度であり、環状シール突起４１４が垂直方向に変形している。図２３に示すように、実施例４は、環状シール面４１４ａの変位量が３．６８７μｍである。実施例５は、環状シール面４１４ａの変位量が４．１００μｍである。実施例６は、環状シール面４１４ａの変位量が４．６８５μｍである。

よって、弁体は、高さＧを小さくしてダイアフラム室の容積を広げても、肩部の傾斜を大きくして肉厚Ｆを確保すれば、環状シール面の変位量を抑制できる。また、弁体は、高さＧが低く、肩部の傾斜が大きくなることにより、流体がダイアフラム室に滞留しにくくなる。これにより、滞留した流体が劣化したり、固化してパーティクルになったりする不具合が生じ難くなる。

＜環状シール面の変位量とパーティクルの数との関係について＞
上述したパーティクル試験の結果より、環状シール面の変位量とパーティクルの発生数との関係をまとめると、図２４に示すようになる。図２４に示すように、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍ、５．０６４μｍ、４．０３７μｍ、３．２２４μｍと小さくなるほど、パーティクル発生量は、１７．７８個、４．４４個、２．２２個、０個と低減する。更に、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍを超え、９μｍ以下の未対策のサンプルは、パーティクルの発生数が７９７．８個と急激に増加する。よって、弁体は、環状シール面４１４ａの変位量を６．１７５μｍ以下とすることにより、パーティクルを効果的に低減させることができる。

特に、図２６〜図２９に示すように、環状シール面４１４ａの変位量が６．１７５μｍである実施例１０の弁体１０４と、環状シール面４１４ａの変位量が５．０６４μｍである実施例１の弁体２０４とでは、弁体２０４の方が環状シール面４１４ａの荒れが少なく、バリが生じにくい。そのため、実施例１の弁体２０４は、実施例１０の弁体１０４より、環状シール面４１４ａから微細パーティクルが発生することを効果的に抑制又は防止できると考えられる。よって、流体制御バルブは、弁体が環状シール面の変位量を少しでも小さく形状を備えることで、半導体製造上問題となるパーティクルが微細化しても、パーティクル発生原因自体を排除できる。また、弁体を長寿命化して、流体制御バルブ１のメンテナンス負担を軽減できる。

＜その他＞
発明者らは、ダイアフラム弁体１０４の弁座側端面４１１ａに環状シール突起４１４を設けずに弁座側端面４１１ａをフラットにし、弁座２４の開口部外周に沿って凸部を設ける構成についても検討した。しかし、この構成では、本実施形態のダイアフラム弁体１０４ほど、弁閉の際に発生する環状シール面の摩耗やパーティクルを低減できなかった。

Ｂ．第２実施形態
続いて、本発明の第２実施形態に係る流体制御バルブについて説明する。第２実施形態の流体制御バルブは、弁体の材質のみが第１実施形態の流体制御バルブ１のダイアフラム弁体４（実施例４）と相違する。ここでは、第２実施形態の弁体の符号を「４Ａ」とし、その他の符号は第１実施形態で使用したものをそのまま使用する。

第２実施形態の弁体４Ａは、ＰＦＡ製の丸棒を切削することにより、第１実施形態のダイアフラム弁体４と同じ形状に成形されている。ＰＦＡは、ＰＴＦＥより硬度が高く、摩耗しにくい。そのため、弁体４Ａは、第１実施形態に係るＰＴＦＥ製のダイアフラム弁体４と比べ、シール荷重を受けても、円柱部４１１や環状シール突起４１４が変形しにくい。よって、第２実施形態の流体制御バルブは、第１実施形態の流体制御バルブ１と比べ、弁体４Ａの環状シール面４１４ａが弁座面２４ａに対して擦れにくく、弁閉の際に発生する弁体４Ａの変形による摩耗を抑制するので、パーティクルの発生を低減できる。

ここで、発明者らは、弁体４Ａとダイアフラム弁体４の各環状シール面４１４ａについて、使用前の初期時と、５０００回弁開閉動作した後に、それぞれ顕微鏡写真を撮影した。弁体４Ａは、初期時と５０００回動作後とで、環状シール面４１４ａに殆ど変化がなく、環状シール面４１４ａに皺や傷が殆ど確認されなかった。一方、ダイアフラム弁体４は、５０００回動作すると、環状シール面４１４ａの内側縁部付近に微細な皺や傷が確認された。よって、環状シール突起４１４をＰＦＡで形成すると、弁閉の際に発生する環状シール面４１４ａの摩耗を抑制又は低減でき、微細パーティクルを発生しにくくなる。

また、発明者らは、弁体４Ａとダイアフラム弁体４について、摩耗パーティクル捕集試験を行った。試験装置は、上流側から順に、５μｍ以上の異物を除去する一次側フィルタ、試験対象（弁体４Ａを装着した流体制御バルブ、又は、ダイアフラム弁体４を装着した流体制御バルブ）、５０ｎｍ以上の異物を除去する二次側フィルタを配置することにより構成した。試験は、一次側フィルタに純水を毎分３０ｍｌずつ供給しながら試験対象に４００００回弁開閉動作を行わせた後、二次側フィルタが捕集したパーティクルの数を測定することにより行った。一次側フィルタが純水に含まれる異物を除去するので、二次側フィルタに捕集されたパーティクルは、弁体４，４Ａの摩耗により発生したパーティクルと考えられる。

試験結果は、ダイアフラム弁体４を装着した流体制御バルブでは、摩耗パーティクル捕集数が４１個であった。一方、弁体４Ａを装着した流体制御バルブでは、摩耗パーティクル捕集数が１４個であった。よって、ＰＦＡで形成した弁体４Ａは、ＰＴＦＥで形成されたダイアフラム弁体４より、摩耗パーティクル捕集数を６５％も低減できた。この試験結果より、環状シール突起４１４は、ＰＴＦＥで形成するよりＰＦＡで形成する方が、摩耗パーティクルが発生しにくいことを確認できた。

Ｃ．第３実施形態
続いて、本発明の第３実施形態に係る流体制御バルブについて説明する。図３１に、本発明の第３実施形態に係る流体制御バルブに使用される弁体９の断面図を示す。図３２、図３３に、第１及び第２変形例の弁体１０９，２０９を示す。弁体９，１０９，２０９は、異なる材質で形成された２部品を結合して構成する点が第２実施形態の弁体４Ａと相違し、その他の構成は第２実施形態の弁体４Ａと共通する。以下の説明では、第２実施形態と共通する構成には、第２実施形態と同じ符号を使用して説明を適宜省略し、第２実施形態と相違する点を中心に説明する。

第２実施形態で説明したように、弁体４Ａは、ＰＦＡで形成されるため、弁閉の際に発生する環状シール面４１４ａの摩耗が低減し、摩耗パーティクルの発生を抑制できる。しかし、ＰＦＡは、素材入手困難性の問題などにより、切削による成形が困難である。そこで、図３１に示すように、第３実施形態の弁体９は、弁本体９３の首部４１３と肩部４１２（弁体部４１０）との間で第１部品９１と第２部品９２とに分割されている。第１部品９１はＰＴＦＥで形成され、第２部品９２はＰＦＡで形成されており、インサート成形により第１部品９１と第２部品９２とが一体化されている。第１部品９１は、薄膜部４２と、外縁部４３と、弁本体９３の首部４１３とを備える。一方、第２部品９２は、弁本体９３の肩部４１２と円柱部４１１と環状シール突起４１４と環状凹溝４１５と凸部４１６を備える。

ＰＦＡは、ＰＴＦＥでは難しい溶融成形が可能である。また、ＰＦＡは、ＰＴＦＥより融点が低い。一方、ＰＴＦＥは、素材を入手しやすく、ＰＦＡより切削による成形が容易である。そこで、弁体９は、第１部品９１がＰＴＦＥ製の丸棒を削り出すことにより形成されている。そして、第２部品９２は、第１部品９１に軸線方向に突出するように設けられた連結凸部９１ａを金型に挿入した状態で連結凸部９１ａの周りに溶融したＰＦＡを流し込んで固化させることにより、形成されている。そのため、第２部品９２は、円柱部４１１や環状シール突起４１４や環状凹溝４１５や凸部４１６が、溶融成形により簡単に精度良く形成される。また、首部４１３を備える第１部品９１をＰＦＡより硬度の低い樹脂（例えばＰＴＦＥ）で形成し、環状シール突起４１４を備え、第１部品９１に結合する第２部品９２をＰＦＡで形成するので、環状シール突起４１４がＰＦＡで形成された弁体９を形成しやすい。

弁体９は、第１部品９１が第２部品９２にインサート成形されているので、第１部品９１と第２部品９２との間に隙間が殆どない。しかも、弁体９は、連結凸部９１ａの外周面に凹凸が周方向に形成され、その凹凸にＰＦＡが充填された状態で第２部品９２と第１部品９１が結合されている。そのため、流体制御バルブが弁開閉動作を繰り返しても、第２部品９２と第１部品９１との間に隙間ができにくい。よって、弁体９を装着する流体制御バルブは、第１部品９１と第２部品９２との間に微細パーティクルが入り込みにくく、また、薬液等が第１部品９１と第２部品９２との間に入り込んで固化し、パーティクルを発生させにくい。更に、弁体９は、環状シール突起４１４や円柱部４１１がＰＦＡで形成されて変形しにくいので、弁閉の際に発生する環状シール面４１４ａの摩耗を抑制して、パーティクルを低減できる。

図３２に示す第１変形例の弁体１０９は、第１部品１９１の弁座側端面４１１ａに圧入溝１９１ａが環状に形成され、その圧入溝１９１ａにリング状の第２部品１９２を圧入している。環状シール突起４１４は、第２部品１９２により構成されている。第１部品１９１はＰＴＦＥで形成され、第２部品１９２はＰＦＡで形成されている。弁体１０９は、環状シール突起４１４がＰＦＡで形成されて変形しにくいため、弁閉の際に発生する環状シール面４１４ａの摩耗が抑制されることにより、パーティクルの発生が低減される。尚、弁体１０９は、第２部品１９２と圧入溝１９１ａの内壁との間に隙間ができ、ゴミが入り込む恐れがある。また、弁体１０９は、第２部品１９２を圧入溝１９１ａに圧入することで第１部品１９１と第２部品１９２を結合するので、製品間で、円柱部４１１、環状シール突起４１４、環状凹溝４１５、凸部４１６の寸法にばらつきが生じる恐れがある。

図３３に示す第２変形例の弁体２０９は、第１部品２９１に雄ねじ部２９１ａを突設し、その雄ねじ部２９１ａを第２部品２９２の雌ねじ部２９２ａに螺合する点だけが、第３実施形態の弁体９と相違する。弁体２０９は、円柱部４１１と環状シール突起４１４がＰＦＡにより形成されて変形しにくいので、弁閉の際に発生する環状シール面４１４ａの摩耗を抑制することにより、パーティクルの発生を低減できる。尚、弁体２０９は、雄ねじ部２９１ａと雌ねじ部２９２ａとの間に必ず隙間が生じ、その隙間に微細なゴミが入り込む恐れがある。

よって、弁体を２部品で構成する場合には、弁体９のように、第１部品９１と第２部品９２とをインサート成形により一体化するのが、最もパーティクル抑制効果が高い。弁体１０９，２０９は、第１部品１９１，２９１と第２部品１９２，２９２の間に形成される隙間を樹脂等で埋める処理をすれば、弁体９と同様のパーティクル抑制効果が得られる。また、圧入、ねじ締結であれば、インサート用金型が不要であり、どのような形状にも適用できて汎用性が高い。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施形態では、流体制御バルブ１を半導体製造装置に適用したが、別の装置に適用しても良い。

（２）例えば、上記実施形態では、弁体部４１０が円柱部４１１と肩部４１２を備えるが、弁本体を円錐形状にしても良い。

（３）例えば、上記実施形態では、流体制御バルブ１をダイアフラム弁として構成したが、ベローズバルブや電磁弁等の薄膜部を備えない弁体に、ダイアフラム弁体４の環状シール突起４１４付近の形状を適用し、環状シール面の変位量を抑制するようにしても良い。

（４）例えば、上記実施形態では、薄膜部４２を首部４１３に接続した。これに対して、薄膜部４２は、図３４に示す第３変形例の弁体４Ｂに示すように、肩部４１２と首部４１３との接続部分に接続しても良いし、図３５に示す第４変形例の弁体４Ｃに示すように、円柱部４１１に接続しても良い。

（５）例えば、上記実施形態では、ダイアフラム弁体４の雄ねじ部４１３ｂを駆動部３の雌ねじ部３５ｃに螺合することにより、ダイアフラム弁体４と駆動部３を連結した。これに対して、図３６に示す第５変形例の弁体４Ｄのように、首部４１３に雌ねじ部４２０を形成し、その雌ねじ部４２０に螺合する雄ねじ部を駆動部３のピストン３５に設けることにより、弁体４Ｄを駆動部３に連結しても良い。

（６）ダイアフラム弁体４の材質は変性ＰＴＦＥ（変性ポリテトラフルオロエチレン）硬度Ｄ５５〜６０、又は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）硬度Ｄ６０〜６４であっても良い。

（７）バルブボディ２１（弁座２４）の材質はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）硬度Ｄ５３〜５８、又は、変性ＰＴＦＥ（変性ポリテトラフルオロエチレン）硬度Ｄ５５〜６０であっても良い。

（８）環状シール面４１４ａのコーナ部面取りやコーナ部Ｒ面取りがあっても良い。この場合、フラットな面の内周と外周との間の中心位置の直径が「環状シール部の径」に相当する。また、環状シール面４１４ａは、フラット以外にも、環状シール突起４１４の先端部をＲ形状にした環状シール部にしても良い。この場合、環状シール部が弁座と対向する頂点部分の直径が「環状シール部の径」に相当する。これらの場合でも、ダイアフラム弁体４の弁本体４１に生じる圧縮変形を垂直方向にのみ発生させるように、環状シール突起４１４周辺の形状を構成すれば（例えば、円柱部４１１の直径や凸部４１６や、環状凹溝４１５など）、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

（９）環状凹溝４１５の底面は、弁座側端面４１１ａと同等か、ほぼ同じ高さであっても良い。

（１０）弁座側端面４１１ａは、フラット形状に限らず、斜面や曲面であっても良い。

（１１）パーティクル発生を抑えるために必要な環状シール面４１４ａの変位量は、径方向の外側変位量に限らず、内側変位量であっても良い。

（１２）環状シール突起は、円筒形状に設け、弁座側から反弁座側まで径方向の肉厚を一定にしても良い。

（１３）環状シール突起の突起形状は、弁体の径方向軸芯側の壁形状と、径方向反軸芯側の壁形状とが異なる形状であっても良い。その壁の形状や突起の高さは、環状シール面（環状シール部）の変位量が小さくなるように設定すれば良い。

（１４）Ｄ／Ａは、上記実施形態に限らず、１．３５，１．４０，１．４５等であっても良い。図２５に示すように、Ｄ／Ａが大きくなれば、環状シール面４１４ａの変位量は低下し、パーティクルの発生を抑えることができる。

１ 流体制御バルブ
３ 駆動部
４ ダイアフラム弁体（弁体の一例）
２４ 弁座
４１４ 環状シール突起
４１４ａ 環状シール面（環状シール部の一例）
４１５ 環状凹溝
４１６ 凸部
Ａ 環状シール面の幅方向中心径
Ｂ 環状シール面の径方向幅寸法
Ｄ 弁座側端面の直径
Ｆ 環状シール面の径方向中心位置から軸線方向における肉厚
Ｈ 凸部の基端部の直径
Ｉ 凸部の高さ
Ｊ 駆動部から荷重を受ける受圧面と弁座側端面との間において最も細い部分の直径

Claims (12)

1. 駆動部と、
   第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、
   柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、
   前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、
   前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量が６．１７５μｍ以下であること
   を特徴とする流体制御バルブ。
2. 駆動部と、
   第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、
   柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、
   前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、
   前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量が、前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径に対して１２．４×１０^-4倍以下であること
   を特徴とする流体制御バルブ。
3. 駆動部と、
   第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、
   柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、
   前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設された環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であり、前記環状シール突起の先端部に、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部がフラットに形成されていること、
   前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量が、前記弁座に当接していない場合における前記環状シール部の幅寸法の６．１８×１０^-2倍以下であること
   を特徴とする流体制御バルブ。
4. 前記弁座側端面の直径が、前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径の１．３倍以上であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載される流体制御バルブ。
5. 前記弁体は、最も細い部分の直径が前記環状シール部の径より小さいこと
   を特徴とする請求項４に記載される流体制御バルブ。
6. 前記弁体は、前記環状シール部の径方向中心位置における軸線方向の肉厚が、前記環状シール部の径に対して０．７倍以上であること
   を特徴とする請求項５に記載される流体制御バルブ。
7. 前記弁体は、前記環状シール突起の内側に前記弁座側端面から弁座方向に突出する凸部を有すること
   を特徴とする請求項５又は６に記載される流体制御バルブ。
8. 前記凸部は、前記弁座側端面に接続する基端部の直径が前記弁体の最も細い部分の直径以上であること
   を特徴とする請求項７に記載される流体制御バルブ。
9. 前記環状シール突起は、ＰＦＡで形成されていること
   を特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載される流体制御バルブ。
10. 駆動部と、
    第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、
    柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、
    前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、
    前記弁体は、前記駆動部により前記環状シール部が前記弁座に押付けられる際、前記環状シール部が径方向に変位する変位量を抑制することにより、弁開閉作動時に発生するパーティクルの量を低減すること
    を特徴とする流体制御バルブ。
11. 駆動部と、
    第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、
    柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有する流体制御バルブに用いられること、
    前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、
    前記駆動部により前記環状シール部を前記弁座に当接させた後、さらに前記環状シール部を前記弁座に押し付ける場合に、前記環状シール部が径方向に変位する変位量を抑制し、弁開閉動作時に発生するパーティクルの量を低減すること
    を特徴とする流体制御方法。
12. 駆動部と、
    第１ポートと第２ポートと弁座を有するバルブボディと、
    柱状に形成され、前記駆動部に連結される弁体とを有すること、
    前記弁体が、弁座側に位置する弁座側端面に環状に突設され、前記弁座に押し付けられてシールする環状シール部を先端部に設けられた環状シール突起を有し、少なくとも前記環状シール突起がフッ素樹脂製であること、
    前記弁座側端面の直径が前記弁座に当接していないときの前記環状シール部の径の１．３倍以上であること
    を特徴とする流体制御バルブ。