JP4563086B2 - 流体制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、流体を供給又は遮断する流体制御弁に関するものである。

従来、半導体製造装置では、半導体ウエハに所定量の薬品を塗布して、薄膜を形成している。近年、半導体製造工程では微細加工が進み、薄膜の膜厚を均一にするため、薬液の塗布量を厳密に管理する必要がある。しかしながら、従来の薬液弁として利用されているダイアフラム弁では、弁の開閉に伴い弁体が変位した際に、薬液弁内部の容積変化が大きいため、薬液弁の開動作時には、薬液を吸い込み、閉動作時には、薬液を押し出してしまう。この結果、薬液塗布ノズルにおいて、液垂れが生じ、半導体ウエハにおける薬液塗布量に、大きな誤差が生じてしまう。

このように、従来の薬液弁の単独使用では、薬液塗布量の厳密な管理をすることができず、サックバック機構を設けなければならなかった。このサックバック機構（特許文献１ 図６参照）は、薬液弁と塗布ノズルの間に、サックバック弁を配設してなり、薬液弁が薬液を遮断した際に、サックバック弁が塗布ノズルの先端から所定の位置まで引き込むようにサックバックし、液垂れを防止するように構成したものである。これにより、半導体ウエハにおける薬液の塗布量を厳密に管理することを可能とし、薬液塗布量の均一化を可能としたものである。

また、特許文献１には、薬液弁とサックバック弁を一体化した弁に関する技術が公開されている。特許文献１記載の弁は、薬液弁と略同一形状で逆向きに、サックバック弁を取り付け一体化し、薬液弁とサックバック弁の弁体の作動を連結棒で連結し、その作動を同期させたものである。

一方、磁性体で形成した弁体を、永久磁石の磁力により操作する弁装置については、特許文献２に記載されている技術が公開されている。特許文献２記載の弁装置は、磁性体且つ被永久磁石からなり、円柱状の軸部と、軸直角方向外方に突出した複数のフランジ部を有する弁体と、有底円筒形状で、内部に前記弁体を移動可能に収容した弁ケーシングと、弁ケーシングの外周面に摺動可能に嵌合された、リング状の永久磁石と有底円筒形状の直接操作部材とで構成されている。この弁装置の開閉は、直接操作部材に伴って移動する永久磁石と、弁体における突出部との間にはたらく磁力の経路変化によって行なうものである。

ところで、従来、半導体製造工程において、薬液は、流速０．５〜３ｍｌ／ｓｅｃ程度で、低圧で圧送される場合がある。薬液弁として用いられているダイアフラム弁は、流路が複雑に屈曲しているため、流路内で発生した液溜りが滞留し続け、薬液品質に悪影響を及ぼすという問題がある。液溜りを少なくするには、流路が滑らかであるとともに、屈曲部が少なければよい。

ここで、弁内部に直線流路を有する弁装置に関しては、特許文献３に記載されている技術が公開されている。特許文献３記載の自動弁は、中間部分にベローズ部を設けた直線流路と、流出口付近に本体部と一体に設け、周辺に複数の流路を備える弁体と、ベローズ部付近に設けた第１環状空間と、流出口付近に設けた第２環状空間とで構成されている。この自動弁を閉状態にする際には、第１環状空間に圧縮空気を圧入し、空気圧によりベローズ部を伸長する。これにより、直線流路自体も伸長し、直線流路流出側端部と、弁体を圧接し、自動弁の閉状態となる。逆に、開状態には、第２環状空間に圧縮空気を圧入し、その空気圧により直線流路自体を縮めることで、開状態となる。この自動弁は、圧縮空気の押圧に基づく直線流路の伸縮によって開閉を行なうものである。

特開２００３−２７８９２７号公報（図１、図６） 特開平１１−２８７３５３号公報（図３） 特開２００１−２０８２３７号公報

しかし、従来の薬液弁とサックバック弁の２つの弁を配設する場合には、２つの弁自体のスペースに加え、２つの弁を連結する連結管のスペースも必要となる。この結果、配管スペースを大きく確保しなければならず、半導体製造装置自体が大きくなってしまう。また、薬液弁、サックバック弁は、ともに弁内部の流路が複雑に屈曲しているので、配管抵抗が大きくなり、液溜りも滞留し続けてしまうといった問題点を有している。

また、特許文献１記載の薬液弁とサックバック弁を一体化した薬液弁を配設する場合には、２つの弁を設けた場合よりは小さな配管スペース、短い配管経路で配設することが可能となるが、それでも、配管スペースを大きく確保しなければならず、近年、進んできている半導体製造ラインのコンパクト化にそぐわない。また、従来の薬液弁において、薬液弁内部の流路は、複数箇所の屈曲部を有してなり、配管抵抗が大きくなるため、薬液が流れにくく、液溜りが滞留し続けるといった問題点がある。

特許文献２記載の弁は、軸方向にのみ摺動するように移動に制限があり、円柱形状であるため、弁装置内部流路の屈曲部においてのみ、弁体により開閉を実行可能である。また、弁内部の流路が屈曲しているため、弁の配管抵抗は必然的に高いものとなる。更に、弁装置の開閉に基づく内部容積の変化が大きいため、弁の開閉時に液垂れなどが起こり、安定した薬液の塗布・吐出が行なえないといった問題がある。

特許文献３記載の弁では、弁内部の流路は直管形状を有しており、配管抵抗は非常に小さく、薬液をスムーズに流すことができる。しかし、この自動弁においても、弁の開閉時における内部容積の変化は大きく、その結果、安定した薬液の塗布・吐出が行なうことができないといった問題を有している。

本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、流量制御の厳密な管理を可能とするとともに、広い配管スペースを必要とせずに弁本体がコンパクトであり、且つ、配管抵抗の小さな流体制御弁を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明に係る流体制御弁では、流体が流れる流路上に設けられ、弁体を移動させて、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弁において、一定容量の流路内に移動自在に配設するとともに、磁性体からなる弁体と、前記弁体を磁力により従動させる磁石を配設した磁石移動手段とを備えることを特徴とする。なお、ここでいう「磁石」には、永久磁石の他、電磁石も含まれる。

また、本発明に係る流体制御弁では、流体が流れる流路上に設けられ、弁体を移動させて、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弁において、一定容量の流路内に移動自在に配設するとともに、磁石を備える弁体と、前記弁体を磁力により従動させる２個の磁石を配設した磁石移動手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る流体制御弁では、上記の流体制御弁において、前記弁体は、球体であることを特徴とする。

また、本発明に係る流体制御弁では、上記の流体制御弁において、前記弁体は、複数個配設されていることを特徴とする。

また、本発明に係る流体制御弁では、上記の流体制御弁において、前記弁体は、球体であり、前記弁体を従動させる磁石は、前記弁体が前記弁座に当接した際に、前記弁体の直径をＤとして、前記磁石の中央位置から前記弁体の中心位置までの距離Δｌが、Ｄ／５＜Δｌ＜Ｄ／２となる関係を満たす位置に配置されていることを特徴とする。なお、磁石の中央とは、磁石が配置された状態において弁体の移動方向における磁石の長さの中央を意味する。

更に、本発明に係る流体制御弁では、上記の流体制御弁において、流体を流入口から流出口へと導出する直線流路を内部に形成するとともに、前記直線流路にて前記弁体を内包し、前記磁石移動手段に挿通する構成で形成された非磁性体からなるボディ部を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る流体制御弁では、上記の流体制御弁において、前記弁体の表面を、耐薬品性を有する材料により被覆したことを特徴とする。

更に、本発明に係る流体制御弁では、上記の流体制御弁において、前記流路端部に配設された弁座を、一定の肉厚で漏斗状に形成したことを特徴とする。

本発明に係る流体制御弁では、一定容量の流路内に移動自在に配設するとともに、磁性体からなる弁体と、前記弁体を磁力により従動させる磁石を配設した磁石移動手段とからなるので、弁の開閉時における弁本体の内部容量がほとんど変化しない流体制御弁を提供することが可能となる。この結果、本発明を薬液弁に適用すると、薬液弁の単独使用時も、薬液塗布量の厳密な管理が可能となり、従来、薬液塗布量の管理目的で用いられていたサックバック弁が不要となる。

また、本発明に係る流体制御弁では、一定容量の流路内に移動自在に配設するとともに、磁石を備える弁体と、前記弁体を磁力により従動させる２個の磁石を配設した磁石移動手段とからなるので、上記した効果が得られるとともに、前記弁体の移動を前記２個の磁石により挟まれる空間内に制限し、弁体の操作性を向上させることができる。また、２個の磁石の及ぼす磁力の向きを工夫することにより、前記弁体を前記弁座に押圧する力を増大し、流体の供給を確実に遮断することも可能となる。

また、本発明に係る流体制御弁では、弁体が球体であるので、弁体を弁座にしっかりと当接させることができる。これにより、弁体による流体の封止力を向上させることができる。

また、本発明に係る流体制御弁では、弁体を複数個配設しているので、磁石が弁体に及ぼす磁力を大きくすることができる。これにより、弁体による流体の封止力をより向上させることができる。

また、本発明に係る流体制御弁では、弁体が球体であり、弁体を従動させる磁石は、弁体が前記弁座に当接した際に、弁体の直径をＤとして、磁石の中央位置から弁体の中心位置までの距離Δｌが、Ｄ／５＜Δｌ＜Ｄ／２となる関係を満たすことにより、流体制御弁として要求される遮断力を確実に発生させることができる。

更に、本発明に係る流体制御弁では、ボディ部内部に、流体を流入口から流出口へと導出する直線流路を形成するので、従来の弁のように複数の屈曲部で発生していた流体の滞留（液溜まり）が起こらず、流体の流れやすい流体制御弁を提供することができる。

また、本発明に係る流体制御弁では、前記弁体の表面を耐薬品性のある材料にて被覆するので、厳密な品質管理を必要とする薬液を使用した場合でも、弁体の構成成分が溶出することを防ぎ、薬液の変質による半導体の歩留まり率の低下を防止することができる。

更に、本発明に係る流体制御弁では、前記流路端部に配設された弁座を、一定の肉厚で漏斗状に形成したので、前記弁座の外側に空間が存在する。これにより、前記弁体が前記弁座に当接した際に、前記弁座周辺の壁面が撓み、前記弁体が前記弁体と密接するので、前記弁体による流体の封止力を向上させることができる。

以下、本発明を具体化した流体制御弁の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を薬液弁に適用したものである。そこでまず、実施例１に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施例１に係る薬液弁の閉状態における断面図である。

そして、薬液弁１は、半導体製造工程において、薬液配管上に配設され、塗布ノズル（図示せず）と直接接続されるものであり、不図示の塗布ノズルに薬液を供給又は遮断する弁部と、弁部を制御する制御部とから構成されたものである。まず、薬液弁１の構成について詳細に説明する。薬液弁１は、有底円筒形状に形成されたシリンダ１６にカバー４を取り付け、外殻を形成する。この内部には、ピストン１５、ボディ３からなる弁部を収容する空間が形成されている。

ボディ３は、流入側ボディ３ａと、流出側ボディ３ｂとからなり、それぞれのフランジ部８ａ、８ｂとを相対させる構成である。ボディ３内部には、流体の流下する直線流路７が形成されている。この直線流路７内には、弁体２が移動自在に内設されている。ピストン１５は、円筒形状に形成され、ボディ３を挿通した際に摺動可能となるように形成される。ピストン１５の内壁には、リング状の磁石１８が配設されている。ピストン１５外周面には、Ｏ−リング１９、２０を配設している。

ここで、磁石１８は、弁体２が弁座１１に当接した際に、弁体２の直径をＤとして、磁石１８の中央位置Ｃ２から弁体２の中心位置Ｃ１までの距離Δｌが、Ｄ／５＜Δｌ＜Ｄ／２となる関係を満たすように配置されている。これにより、薬液弁１では要求される遮断力を確実に発生させることができるようになっている。

カバー４は、中央部に穴が穿設されたもので、流入口６を挿通する構成である。また、固定板５は、ボディ３を挿通可能な穴を備えたものである。固定板５は、ボディ３を流出側から挿通し、カバー４と固定板５によってフランジ部８ａ、８ｂを挟持する構成である。こうして、弁体２、ボディ３、固定板５、カバー４によって、弁部が構成される。コイルバネ１７を、カバー３の下面と、ピストン１５上面の間の空間に設ける。本発明における薬液弁１は、上述のような構成である。

次に、薬液弁１における弁部の構成部品について詳細に説明する。本実施形態に係る弁体２は、材料として、フェライト系ステンレス鋼などの磁性体を用い、球状に形成したものである。弁体２表面は、耐薬品性のある材料により被覆している。この結果、弁体２の構成成分が薬液中に溶出することを防止するので、弁体２の構成成分の溶出による薬液の変質を防ぎ、これにより、半導体の歩留まりを維持することができる。

ここで、本実施例１では、弁体２は１個であるが、図２に示すように、弁体２を複数個（図２では３個の場合を例示）設けてもよい。これにより、磁石１８が弁体２に及ぼす磁力を大きくすることができるので、弁体２による流体の封止力をより向上させることができるからである。

そして、流入側ボディ３ａは、流入口６と、流入直管部７ａと、フランジ部８ａと、広がり管部９とを備え、本実施例においては、四フッ化エチレン樹脂（以後、ＰＴＦＥ樹脂と略記する）により形成される。なお、本実施例中においては、ＰＴＦＥ樹脂にて形成したが、その他の材料にて形成しても良い。

流入口６は、流入側ボディ３ａの端部であり、薬液配管と接続する部分である。流入直管部７ａは、流路の内径を弁体２の径より大きく、直管状に流路を形成した部分である。フランジ部８ａは、流出側ボディ３ｂと相対する流入側ボディ３ａ端部において、環状外側に突出して形成した部分である。このフランジ部８ａには、不図示のネジ貫通孔が４箇所穿設されている。広がり管部９は、流入口６断面から流入直管部７ａ断面まで断面積が漸次拡大していく漏斗状に形成した部分である。

また、流出側ボディ３ｂは、流出口１０と、流出直管部７ｂと、フランジ部８ｂと、弁座１１と、切欠部１２とを備え、ＰＴＦＥ樹脂により形成される。なお、流入側ボディ３ａと同様に、本実施例中においては、ＰＴＦＥ樹脂にて形成したが、その他の材料にて形成しても良い。

流出口１０は、流出側ボディ３ｂの端部であり、塗布ノズル側配管に接続する部分である。流出直管部７ｂは、流路の内径を弁体２の径より大きく、直管状に流路を形成した部分である。フランジ部８ｂは、流入側ボディ３ａと相対する流出側ボディ３ｂ端部において、環状外側に突出して形成した部分である。このフランジ部８ｂには、不図示のネジ貫通孔が４箇所穿設されている。

弁座１１は、流出直管部７ｂの断面から流出口１０断面へと漸次縮小する漏斗状に形成したものである。また、薬液弁１の閉操作を行なった際には、弁体２と当接することにより流体の供給を遮断する部分となる。

切欠部１２は、弁座１１の外周部を弁座１１壁面の厚みが一定になるように切欠した部分である。これにより、弁座１１の外側に空間が存在し、弁体２が弁座１１に当接した際に、弁座１１周辺の壁面が撓みやすくなる。この結果、弁体２が弁座１１とより強く圧接するので、弁体２による流体の封止力を向上させることができる。

カバー４は、薬液弁１の外郭をなすものである。略円盤状で、中央部に流入口挿通部１３と、フランジ部８ａ、８ｂに対応した位置に４箇所のネジ貫通孔を穿設している。更に、カバー４において、薬液弁１内側となる面には、バネ取付部１４が環状凸に形成されている。

流入口挿通部１３は、薬液弁１組み立て時に流入口６を挿通する部分である。バネ取付部１４は、後述するコイルバネ１７に挿通し、薬液弁１内部でコイルバネ１７を固定するものである。固定板５は、流出側ボディ３ｂを挿通可能な穴と、フランジ部８ａ、８ｂとカバー４と同様にネジ貫通孔を４箇所に穿設した金属製の円盤形状のものである。

ここで、ボディ３は、流入側ボディ３ａと流出側ボディ３ｂを、夫々のフランジ部８ａ、８ｂを相対させ、ネジ止め固定して形成される。この際、カバー４、フランジ部８ａ、８ｂ、取付板５を、前述した４箇所のネジ貫通孔を夫々対応させて、ネジ留め固定する。これにより、固定板５、フランジ部８ａ、８ｂ、カバー４を一体化し弁部となる。ボディ３内部には、流入直管部７ａと流出直管部７ｂとからなり、流体が流下する直管流路７が形成される。

本発明において、前述のように直管流路７として形成したことにより、多数の屈曲部を有する複雑な形状の流路であった従来の薬液弁のように、流体の流れを阻害しないので、配管抵抗が小さく、液溜りのない薬液弁１を提供することが可能となる。また、前述のように固定板５、フランジ部８ａ、８ｂ、カバー４をネジ留め固定したことにより、直管流路７の水密性を高め、フランジ部８ａ、８ｂよりの液漏れを防止することができる。

ここで、薬液弁１に係る制御部を構成する部材について説明する。ピストン１５は、請求項１における磁石移動手段に相当し、筒部１５ａと、環状突出部１３ｂとからなる。筒部１５ａは、ボディ３に沿って摺動可能な内径で形成される。筒部１５ａ内壁面には、環状に凹部が形成され、この凹部に環状の磁石１８を一つ配設している。また、筒部１５ａ外周面にも環状に凹部が形成されており、こちらの凹部には、Ｏ−リング１９を嵌合して配設する。環状突出部１３ｂは、内部にフランジ部８ａ、８ｂ及び固定板５を収容可能な空間を有し、前述した筒部１５ａと一体に形成したものである。環状突出部１３ｂ外周面には、環状に凹部を形成し、この凹部において、Ｏ−リング２０を嵌合して備えたものである。

シリンダ１６は、前述のように、カバー４とともに薬液弁１の外郭を構成する有底円筒形状に形成されている。シリンダ１６底面には、中央部に流出口挿通部２２が、外縁近傍には、操作ポート２３が穿設されている。このシリンダ１６内部には、薬液弁１を形成する種々の部品を収容するとともに、ピストン１５が摺動可能な空間を備える。また、シリンダ１６内部空間には、段差部２１が形成されている。

流出口挿通部２２は、流出口１０を挿通するための部分である。操作ポート２３は、シリンダ１６底面と段差部２１を貫通して形成されている。この操作ポート２３より、後述する環状空間２４へ圧縮空気を圧入、流出させることでピストン１５を摺動操作するものである。

ここで、段差部２１は、内部空間において、ピストン１５をシリンダ１６底面に接した状態（薬液弁１における閉操作時）でのピストン１５底面から環状突出部１３ｂ下面の高さよりも、やや低くなる位置に設けたものである。環状空間２４は、環状突出部１３ｂと、段差部２１の間に環状形成された空間であり、筒部１５ａと、環状突出部１３ｂの２ヵ所に設けたＯ−リング１９、２０により、気密性の高い密閉空間として形成される。コイルバネ１７は、バネ取付部１４を挿入可能に形成したものである。コイルバネ１７は、カバー４とピストン１５の間において、ピストン１５を流出方向に付勢するための付勢手段である。

次に、本実施形態における薬液弁１の開閉動作について図１および１図３を参照しながら説明する。図３は、本発明に係る薬液弁の開状態における断面図である。まず、図３に示す薬液弁１の開状態は、図１に示す薬液弁１の閉状態において、作動流体である圧縮空気を操作ポート２３より環状空間２４へと圧入することにより実現される。操作ポート２３より圧入された圧縮空気の空気圧により環状空間２４内の圧力が上昇する。これにより、環状空間２４を構成する部品において唯一可動するピストン１５をボディ３に沿って流入方向へ摺動する。ここで、ピストン１５はコイルバネ１７により流出方向への付勢力を受けているが、圧縮空気による圧力のほうが大きいため、流入方向へ摺動する。

環状空間２４への空気の圧入開始時には、弁座１１に圧接し流体の供給を遮断していた弁体２が、ピストン１５の流入方向への摺動に伴い、磁石１８の磁力により弁座１１から離間する。この結果、本実施形態における薬液弁１の開状態（図３参照）となる。

次に、本実施形態における薬液弁１の閉状態（図１参照）への動作について説明する。まず、図３に示す薬液弁１の開状態において、環状空間２４内の圧を高めている圧縮空気を操作ポート２３から薬液弁１外部へと放出する。これにより、環状空間２４内の圧力が低下し、圧縮空気がピストン１５に及ぼす流入方向への圧力よりも、コイルバネ１７の及ぼす流出方向への付勢力のほうが大きくなる。そして、コイルバネ１７の付勢力により、ピストン１５は、流出方向へ移動していく。このピストン１５の流出方向への摺動に伴い、磁石１８の磁力により弁体２も流出方向へと移動する。そして、ピストン１５がシリンダ１６底面へ当接することにより、弁体２も弁座１１に圧接し、薬液の供給を遮断する。こうして、本実施形態における薬液弁１の閉状態（図１参照）が実現されるのである。

ここで、本実施形態における薬液弁の磁力による封止力について一例を挙げて説明する。例えば、弁体２に直径Ｄ＝１１ｍｍの鋼球を使用し、磁石１８にネオジ磁石（Ｂｒ：１．２４Ｔ、Ｂｈｍａｘ：２９４．４ｋＪ／ｍ³ ）を使用して、弁座１１のテーパ角を４５度とする。この場合には、弁体２と弁座１１との接点間距離は７．７８ｍｍとなる。また、磁石の吸引力は２．５９４ｋＮとなる。したがって、封止力をＦとすると、
（７．７８×１０^-3／２）² ×π×Ｆ＝２．５９４
となるから、封止力Ｆは、Ｆ＝５．４５９×１０⁴ Ｎ／ｍ² となる。つまり、上記の条件では、薬液弁１において封止力として約５０ｋＰａが得られる。

したがって、従来、半導体製造工程においては、薬液は０．５〜３ｍｌ／ｓｅｃ程度の流速の、低圧の流れの場合があるので、従来のダイアフラム弁のような強い封止力は必要なく、本実施形態における薬液弁の磁力による上記した程度の封止力Ｆで、十分に薬液の供給を遮断できるものである。従って、本実施形態に係る構成の薬液弁１によれば、直管流路７、広がり管部９及び弁座１１からなる一定空間において、直管流路７を弁体２が移動自在となるように形成したことにより、薬液弁１を閉状態に操作しない限り、弁体２が流体の流れを大きく阻害せず、流路内に弁体２が存在したとしても、弁としての機能が低下することがなくなる。

また、弁体２を磁性体で形成し、弁体２を内包するボディ４を非磁性体であるＰＴＦＥ樹脂で形成したことに加え、ピストン１５に磁石１８を配設したことにより、弁体２に直接接触せずに移動させることが可能となる。磁石１８の磁力により、薬液弁１の開閉をボディ３外部から操作することが可能となる。この結果、弁体２を流路内において完全に移動自在に設けることが可能となる。

以上詳細に説明したように、本実施例の薬液弁１は、一定容量の直管流路７内に移動自在に配設するとともに、磁性体からなる弁体２と、弁体２を磁力により従動させる磁石１８を配設したピストン１５とからなるので、薬液弁１の開閉時における弁本体の内部容量がほとんど変化しない薬液弁１を提供することが可能となる。この結果、薬液弁１の単独使用時も、薬液塗布量の厳密な管理が可能となり、従来、薬液塗布量の管理目的で用いられていたサックバック弁が不要となる。

ここで、前述した実施例とは別の薬液弁の実施形態を、実施例２として挙げ、この実施例２に関して、図面を参照しつつ詳細に説明する。図４は、薬液弁３０の閉状態を、図５は、薬液弁３０の開状態を示す断面図である。実施例２に例示する薬液弁３０は、基本的な構成及び作用、効果については、前述の実施例１と同様である。よって、ここでは、実施例１と共通する部分に関しては説明を省略し、実施例１で述べた薬液弁と異なる部分に関して説明する。

実施例２に係る薬液弁３０は、実施例１とは、弁体３１と、磁石移動手段であるピストン３２において相違点が存在する。実施例２における薬液弁３０の弁体３１は、外観ほぼ半球の碗状に形成した磁石３１ａを２つ対向させて配設することにより、球状弁体としたものである。磁石３１ａは、弁体３１表面には、Ｎ極と、内部に面する部分にはＳ極というように、弁体３１内部と、外部表面の磁性が異なるように構成されている。このように、弁体３１を構成することにより、弁体３１表面が単一の磁性を有する球状に構成されている。また、弁体３１は、外部表面を耐薬品性のある材料により被覆したものである。つまり、実施例１とは、弁体３１が磁性体のみで形成されたものではなく、磁石３１ａが配設され、球状の弁体３１表面が単一の磁性を有しているという点が異なるのである。なお、本実施例２においても、弁体２１を複数個設けることもできる。

また、実施例２におけるピストン３２は、ピストン３２内壁においてボディ３と当接する筒部３２ａの上端部近傍に配設した環状の磁石３３、下端部近傍に配設した環状の磁石３４の２箇所に磁石を備えたものである。実施例２の薬液弁３０における実施例１との相違点は、上記の２点のみであり、その他の部分においては共通である。そして、実施例１において得られた特有の効果は、この相違点による影響を受けず、実施例２においても、本発明特有の効果を発揮するものである。

次に、実施例２における実施例１との相違点である「弁体３１を碗状の磁石３１ａを組み合わせ、球状の弁体３１表面を単一の磁性を持つように構成としたこと」及び「ピストン３２において、環状の磁石３３、３４の２個配設したこと」より得られる実施例２における磁石の配設パターン構成と、その効果について述べる。

まず、弁体３１と、ピストン３２に配設された磁石３３、３４の磁極の１パターンについて述べる。碗状に形成した磁石３１ａを組み合わせて構成した弁体３１は、弁体３１表面において、Ｎ極に磁化した状態で配設されたものである。実施例１と同様に、耐薬品性を有する材料により、弁体３１は被覆されている。更に、ピストン３２において、筒部３２ａ上端部に配設した磁石３３もＮ極に、筒部３３ａ下端部に配設した磁石３４も、Ｎ極に磁化している場合について述べる。

ここで、磁力の強さについて考察する。磁力は、その作用を及ぼす物体が近いほど強く、遠ざかるほど弱くなる性質を持つ。この場合、薬液弁３０を閉状態から開状態に移行する際には、磁石３３の及ぼす磁力は弱まる。しかし、同時に磁石３４が弁体３１に接近し、磁石３４の及ぼす磁力が強くなる。また、薬液弁３０を開状態から閉状態に移行するときには、磁石３４の及ぼす力が弱まり、磁石３３の及ぼす力が強化される。

このように、弁体３１に配設された磁石３１ａ、磁石３３、３４の全てを同一の極性を持つように配設することにより、弁体３１は、反発しあう磁力により、常にピストン３２に配設された２つの磁石３３、３４に挟まれた流路空間の中央部に存在しようとする。この結果、ピストン３２の急激な摺動に対する応答性が向上し、常に、ピストン３２の摺動に弁体３１を従動させることが可能となる。

更に、弁体３１に配設された磁石３１ａと、ピストン３２に配設された磁石３３、３４の磁極について、前述とは別のパターンについて述べる。まず、弁体３１は、前述のパターン同様に、弁体３１表面において、磁石３１ａのＮ極に磁化した状態で十字状に配設されたものである。実施例１と同様に、耐薬品性を有する材料により、弁体３１は被覆されている。一方、筒部３２ａ下端部に配設した磁石３４は、Ｓ極に磁化しており、筒部３２ａ上端部に配設した磁石３３は、Ｎ極に磁化して配設した場合について述べる。

磁石３３からの反発力と、磁石３４による吸引力により、弁体３１は、磁石３３、３４に挟まれた空間において、常に筒部３２ａ下端部の磁石３４近傍に存在しようとする。
薬液弁３０の開状態においては、磁石３４の吸引する磁力は、筒部３２ａ下端部の磁石３４近傍に保持し続けようとする力としてはたらく。また、磁石３３が及ぼす磁力は、筒部３２ａ下端部近傍より上方へ移動するのを抑制する力としてはたらく。

そして、薬液弁３０の閉状態においては、磁石３４は、弁座１１より流出側（図中下方向）に位置するため、磁石３３の吸引する磁力は、弁体３１を弁座１１に圧接する力としてはたらく。また、磁石３４の弁体３１に配設された磁石３１ａと反発する磁力も流出方向、弁体３１を弁座１１へ圧接する方向へとはたらくため、実施例１の場合よりも強く弁座１１に圧接され、薬液弁３０の封止力を向上させることができる。

以上、本発明はこのような実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
例えば、本実施例においては、本発明に係る流体制御弁の１つとして薬液を制御する薬液弁を例示したが、本発明は薬液以外の流体（液体および気体）を制御する制御弁に適用することができる。

また、本実施例においては、碗状に形成した磁石を２つ配設して、球状の弁体に単一の磁性を持たせる構成としたが、環状の磁石を２つ組み合わせ、弁体表面に十字状に単一磁性を持つように配設したものを用いた場合においても、本発明の実施にあたって何等の支障をきたすものではない。

さらに、本実施例においては、弁体の形状を球状としたが、弁体を半球状に形成した部分と、十字柱とを組み合わせた形状の樹脂製のものにしても良い。この場合、十字柱側面部分に磁性体又は磁石を備え、十字柱の高さは、流路内径よりもやや大きく形成する。このような形状の弁体であっても、本発明を実施するにあたり何等の支障をきたすことはない。

また、本実施例においては、エアオペレート弁として説明したが、エアオペレート弁に拘泥する必要はなく、ピストンの操作方式を電磁式やモータ式当に変更したとしても、本発明の実施について何等支障をきたすことは無い。

また、本実施例においては、弁体を磁力により従動させる磁石として、本実施例では永久磁石を使用しているが、電磁石を使用することもできる。
さらに、本実施例においては、流出側ボディ３ｂに切欠部１２を設け、弁体２が弁座１１に当接した際に弁座１１周辺の壁面が撓みやすくして、弁体２による流体の封止力を向上させている。しかしながら、弁体２による流体の封止力を向上させるために、磁石１８よる弁体２の吸引力（磁力）を大きくするようにしてもよい。具体的には、切欠部１２に磁性体材料をはめ込めばよい。

実施例１に係る薬液弁の弁閉時における断面図である。 弁体を複数備える薬液弁を示す断面図である。 実施例１に係る薬液弁の弁開時における断面図である。 実施例２に係る薬液弁の弁閉時における断面図である。 実施例２に係る薬液弁の弁開時における断面図である。

符号の説明

１ 薬液弁
２ 弁体
３ ボディ
７ 直管流路
９ 広がり管部
１１ 弁座
１５ ピストン
１６ シリンダ
１８ 磁石
１９ Ｏ−リング
２０ Ｏ−リング
２３ 操作ポート
２４ 環状空間
３０ 薬液弁
３１ 弁体
３１ａ 磁石
３２ ピストン
３３ 磁石
３４ 磁石
Ｃ１ 閉弁時における弁体の中心
Ｃ２ 閉弁時における磁石の中央
Ｄ 弁体の直径
Δｌ 閉弁時における弁体の中心と磁石の中心との距離

Claims (8)

1. 流体が流れる流路上に設けられ、弁体を移動させて、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弁において、
   一定容量の流路内に移動自在に配設するとともに、磁性体を備える弁体と、前記弁体が移動自在な前記流路を、内部に形成したボディと、前記弁体を磁力により従動させる磁石を配設した磁石移動手段とを有すること、
   前記磁石移動手段が、前記ボディの外側に沿って、作動流体により移動できるピストンと、前記ピストンの内側に配置される前記磁石を備えること、
   前記ボディの外周面の、弁座の対向する位置に切欠部を設けること、
   前記ボディは、樹脂であることを特徴とする流体制御弁。
2. 流体が流れる流路上に設けられ、弁体を移動させて、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弁において、
   一定容量の流路内に移動自在に配設するとともに、磁石を備える弁体と、前記弁体が移動自在な前記流路を、内部に形成したボディと、前記弁体を磁力により従動させる２個の磁石を配設した磁石移動手段とを有すること、
   前記磁石移動手段が、前記ボディの外側に沿って、作動流体により移動できるピストンと、前記ピストンの内側に配置される前記磁石を備えること、
   前記ボディの外周面の、弁座の対向する位置に切欠部を設けること、
   前記ボディは、樹脂であることを特徴とする流体制御弁。
3. 請求項１又は２記載の流体制御弁において、
   前記弁体は、球体であることを特徴とする流体制御弁。
4. 請求項３に記載の流体制御弁において、
   前記弁体は、複数個配設されていることを特徴とする流体制御弁。
5. 請求項１記載の流体制御弁において、
   前記弁体は、球体であり、
   前記弁体を従動させる磁石は、前記弁体が前記弁座に当接した際に、前記弁体の直径をＤとして、前記磁石の中央位置から前記弁体の中心位置までの距離Δｌが、Ｄ／５＜Δｌ＜Ｄ／２となる関係を満たす位置に配置されていることを特徴とする流体制御弁。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の流体制御弁において、
   流体を流入口から流出口へと導出する直線流路を内部に形成するとともに、前記直線流路にて前記弁体を内包し、前記磁石移動手段に挿通する構成で形成された非磁性体からなるボディ部を備えることを特徴とする流体制御弁。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の流体制御弁において、
   前記弁体の表面を、耐薬品性を有する材料により被覆したことを特徴とする流体制御弁。
8. 請求項１乃至４の何れかに記載の流体制御弁において、
   前記流路端部に配設された弁座を、一定の肉厚で漏斗状に形成したことを特徴とする流体制御弁。

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