JP3160276U - Pressure control valve - Google Patents
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Abstract
【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1An object of the present invention is to suppress the opening of a valve seat when the fluid pressure on the secondary side downstream of the pressure control valve becomes higher than the set pressure on the primary side without contaminating the fluid flow path, and to reduce the fluid pressure on the primary side. Provided is a pressure control valve that realizes suppression of an increase in internal volume of a flow path in a control valve due to influence by a simple mechanism. A poppet valve section having a valve chamber 20 having an inflow section 21 and an outflow section 22, a valve seat 23 formed therebetween, a valve shaft 31, a seal section 33 for sealing the valve seat so as to be movable back and forth, and a pressure receiving section 34. 32, a valve mechanism 30 including a diaphragm portion 35 mounted in the valve chamber, and a poppet valve portion which is provided outside the valve chamber of the diaphragm portion and constantly energizes the valve mechanism body and by the inflow pressure of the controlled fluid on the primary side And an urging means 40 for opening the seal portion of the valve mechanism, and the diameter distance SD of the seal portion of the poppet valve portion of the valve mechanism body is a diameter at a position obtained by dividing the maximum diameter of the membrane portion of the diaphragm portion and the minimum diameter of the membrane portion. The size is set to be within 10% of the distance MD. [Selection] Figure 1
Description
本考案は圧力制御弁に関する。 The present invention relates to a pressure control valve.
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。 In the manufacture of semiconductors and the like, when supplying fluid such as pure water and chemicals for cleaning silicon wafers, it is necessary to accurately control the flow rate and pressure of the supply fluid. Fluctuations in fluid pressure greatly affect product yield.
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。
Conventionally, there is a
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。
When the fluid pressure on the primary side rises higher than the urging force to the
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。
In addition, an on-off valve may be installed downstream of the
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。
Furthermore, a control valve that includes a
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。
A
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。
However, even in the case of the
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。 In order to cope with the problems existing in the pressure control valve having the conventional structure, a pressure control valve in which diaphragm portions are arranged on both the primary side and the secondary side has been proposed (see Patent Document 1). According to the control valve of this document, it is possible to control the fluid pressure on the primary side without being influenced by the fluid pressure on the secondary side. However, the structure of the pressure control valve itself tends to be complicated.
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。 The present invention has been made in view of the above points, and the valve seat in the case where the fluid pressure on the secondary side downstream of the pressure control valve becomes higher than the set pressure on the primary side without contaminating the flow path of the fluid. The pressure control valve that realizes the suppression of the opening of the valve and the increase in the internal volume of the flow path in the control valve due to the influence of the fluid pressure on the primary side is realized by a simple mechanism.
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。 That is, the invention of claim 1 is a valve having an inflow portion for a controlled fluid on the primary side and an outflow portion for the controlled fluid on the secondary side, and a valve seat formed between the inflow portion and the outflow portion. A chamber, a valve shaft, a seal portion that is formed in a bulging shape on the valve seat side of the valve shaft and seals the valve seat on one side so as to be able to advance and retract, and a controlled fluid pressure from the outflow portion side on the other side. A valve mechanism including a poppet valve portion having a pressure receiving portion; a diaphragm portion formed on the opposite side to the valve seat side of the valve shaft and mounted in the valve chamber; and on the outer side of the valve chamber of the diaphragm portion Provided with a biasing means for constantly biasing the valve mechanism body and opening the seal portion of the poppet valve portion by the inflow pressure of the controlled fluid on the primary side, of the seal portion of the poppet valve portion of the valve mechanism body The diameter distance (SD) is the maximum diameter of the membrane part of the diaphragm part and the minimum straight line of the membrane part. The according to the pressure control valve, characterized in that formed on the magnitude to be within ± 10% of the diameter distance (MD) in 2 minutes position.
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。 The invention according to claim 2 relates to the pressure control valve according to claim 1, wherein the biasing means is one or both of a spring and a pressure adjusting gas.
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。 The invention according to claim 3 is the pressure control according to claim 1 or 2, wherein in the diaphragm portion, a film portion of the diaphragm portion and an outer peripheral portion of the diaphragm portion are formed with a step through an upright portion. Related to the valve.
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。 According to the pressure control valve according to the first aspect of the present invention, there is an inflow portion of the controlled fluid on the primary side and an outflow portion of the controlled fluid on the secondary side, and a valve seat between the inflow portion and the outflow portion. A valve chamber in which the valve seat is formed, a seal portion that is formed in a bulging shape on the valve seat side of the valve shaft and seals the valve seat on one side so as to be movable forward and backward, and a cover portion from the outflow portion side on the other side. A valve mechanism having a pressure receiving portion for receiving a control fluid pressure; a diaphragm portion formed on the opposite side of the valve seat to the valve seat side and mounted in the valve chamber; and the diaphragm portion A poppet valve portion of the valve mechanism provided with an urging means that is provided outside the valve chamber and constantly biases the valve mechanism body and opens a seal portion of the poppet valve portion by an inflow pressure of a controlled fluid on the primary side. The diameter distance (SD) of the seal portion of the diaphragm portion and the maximum diameter of the membrane portion of the diaphragm portion Since the minimum diameter of the part is formed to be within ± 10% of the diameter distance (MD) at the position where the diameter is divided into two, the fluid pressure on the secondary side downstream of the pressure control valve is reduced without contaminating the fluid flow path. A simple mechanism can suppress the opening of the valve seat when the pressure is higher than the set pressure on the primary side, and further suppress the increase in the internal volume of the flow path in the control valve due to the influence of the fluid pressure on the primary side.
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。 According to the pressure control valve according to the second aspect of the present invention, in the device according to the first aspect, the biasing means is either one or both of a spring and a pressure-regulating gas. Can be In addition, the operation control of the valve mechanism is facilitated.
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。 According to the pressure control valve according to the invention of claim 3, in the invention according to claim 1 or 2, in the diaphragm part, the film part of the diaphragm part and the outer peripheral part of the diaphragm part are stepped through the standing part. Since it is provided and formed, the replacement characteristics of the controlled fluid in the valve chamber can be enhanced, and the retention of excess fluid can be suppressed.
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。
A
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。
The
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。
The
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。
An
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。
In the embodiment, the pressure adjusting air mechanism A is used to create the
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。
Reference numeral P in the figure denotes a port portion for supplying pressure-controlled gas to the
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。
The
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。
The
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。
In particular, as defined in the
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。
Control and adjustment of the fluid pressure of the controlled fluid in the
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。
When the fluid pressure on the
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。
In the case where the pressure of the controlled fluid on the secondary side of the pressure control valve 10 (downstream of the outflow portion 22) rises and a back flow is generated from the secondary side toward the
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。 Therefore, even if the fluid pressure on the secondary side of the pressure control valve fluctuates, the pressure applied to the valve mechanism itself cancels out, reducing the effect of the poppet valve part moving forward and backward (opening and closing of the valve seat). Is done. Therefore, in the pressure control valve of the present invention, the fluid pressure of the controlled fluid on the primary side of the pressure control valve and the pressure fluctuation thereof are not affected by the fluid pressure fluctuation on the secondary side of the pressure control valve. The poppet valve part (valve mechanism) can be moved back and forth in response to only the flow of the controlled fluid in only one direction (forward direction), and the controlled fluid on the primary side (upstream side) of the pressure control valve Fluid pressure can be kept constant.
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A valve chamber having an inflow portion of the controlled fluid on the primary side and an outflow portion of the controlled fluid on the secondary side, and forming a valve seat between the inflow portion and the outflow portion;
A valve shaft, a seal portion that is formed in a bulging shape on the valve seat side of the valve shaft, and seals the valve seat on one side so as to be able to advance and retreat; A valve mechanism comprising: a poppet valve portion having a diaphragm portion that is formed on the opposite side to the valve seat side of the valve shaft and is mounted in the valve chamber;
An urging means that is provided outside the valve chamber of the diaphragm portion and constantly urges the valve mechanism body and opens a seal portion of the poppet valve portion by an inflow pressure of a primary controlled fluid;
The diameter distance (SD) of the seal part of the poppet valve part of the valve mechanism is within ± 10% of the diameter distance (MD) at a position obtained by dividing the maximum diameter of the membrane part of the diaphragm part and the minimum diameter of the membrane part. A pressure control valve characterized in that it is formed in the size of
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