JP5982375B2

JP5982375B2 - 流体制御弁

Info

Publication number: JP5982375B2
Application number: JP2013526806A
Authority: JP
Inventors: 路生宮下; 雪恵中村
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: TWI555941B; WO2013018539A1; JPWO2013018539A1; KR20140027516A; CN103717954A; US20140077109A1; TW201329376A; US9200721B2

Description

本発明は、流体を制御する流体制御弁に関する。

従来より、流体を制御する流体制御弁は、例えば半導体製造装置の洗浄工程に使用される。洗浄工程では、ウエハに塗布した塗布剤を除去する際に、流体制御弁が酸などの洗浄液の供給量を制御する。流体制御弁は、腐食性の高い流体でも制御できるように、接液面が耐腐食性材料で形成されている。

図７は、従来の流体制御弁１０１の断面図である。図８は、図７に示す流体制御弁１０１の固定構造を示す図である。図９は、図７に示す流体制御弁１０１の上面図である。
従来の流体制御弁１０１は、弁部１０２と駆動部１０３を備え、取付板１１０を介して機器に取り付けられる。弁部１０２は、樹脂製の弁本体１２０に第１ポート１２１と第２ポート１２２が弁室１２３を介して連通している。弁室１２３は、第１ポート１２１に連通する開口部の周りに、弁座面１２４が設けられている。ダイアフラム１２５は、樹脂を成型したものであり、弁座面１２４に当接又は離間する弁体部１２５ａと、弾性変形するように薄く形成された薄膜部１２５ｂと、弁部１０２と駆動部１０３との間で挟持される外縁部１２５ｃを備える。

駆動部１０３は、シリンダ１３１とカバー１３２との間にピストン室１３４が形成されている。ピストン室１３４には、ピストン１３５が収納されている。ピストン１３５は、ピストン室１３４の内壁に摺接するようにゴム製のシール部材１４１が外周面に装着され、ピストン室１３４を第１室１３４ａと第２室１３４ｂに気密に区画している。ピストンロッド部１３６は、駆動部１０３から弁部１０２へ突き出し、ダイアフラム１２５の弁体部１２５ａに連結されている。ピストンロッド部１３６の外周面には、シリンダ１３１に摺接するゴム製のシール部材１４０が装着され、薄膜部１２５ｂを透過して気化した洗浄液が弁部１０２から駆動部１０３へ漏れないようにされている。第１室１３４ａには、スプリング１３９が縮設されている。第１室１３４ａには、排気ポート１３２ａが連通し、第２室１３４ｂには、操作エアを供給される操作ポート１３１ａが連通している。

このような流体制御弁１０１は、スプリング１３９の弾性力と第２室１３４ｂに供給される操作エアの圧力のバランスによってピストン１３５が図中上下方向へ移動し、ダイアフラム１２５を弁座面１２４に当接又は離間させ、第１ポート１２１と第２ポート１２２との間を流れる洗浄液を制御する。

このような従来の流体制御弁１０１は、耐腐食性を確保するために、スプリング１３９やシール部材１４０，１４１を除く部品の材質が樹脂にされている。洗浄工程では、流体制御弁１０１は、例えば１６０℃の洗浄液を制御する。図８に示すように、弁部１０２と駆動部１０３は、シリンダ１３１にインサートされたナット部材１４８に上下方向から固定ねじ１４６,１４７をねじ込み、部品のクリープ変形により連結が緩まないように固定されている。そして、図８及図９に示すように、固定ねじ１４６，１４７は、樹脂製のキャップ１５１，１５２で塞がれ、腐食性雰囲気に曝されないようにされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２０１０−２４２９１６号公報特開２００９−００２４４２号公報

しかしながら、近年、流体制御弁１０１が制御する洗浄液の温度が、２００℃〜２５０℃に設定されることがある。洗浄液を高温にすることにより、洗浄工程の時間を３分の１〜２分の１程度に短縮できるからである。この場合、流体制御弁１０１は、洗浄液の熱が、弁本体１２０から弁座面１２４、ダイアフラム１２５の弁体部１２５ａ、ピストンロッド部１３６、ピストン１３５、シール部材１４０，１４１へ伝達される。また、洗浄液の熱は、弁本体１２０からダイアフラム１２５の外縁部１２５ｃ、シール部材１４５、シリンダ１３１、カバー１３２、シール部材１４０,１４１へ伝達される。シール部材１４０，１４１は、ゴム製で耐熱温度が低い。そのため、洗浄液の熱が伝達されて２００℃付近まで加熱されると、変形・溶解などの劣化によりシール力を失うおそれがある。また、シール部材１４１は、熱で溶けてシリンダ１３１の内壁に固着し、ピストン１３５の動作を妨げるおそれがある。ピストン１３５やピストンロッド部１３６、シール部材１４０，１４１は、シリンダ１３１内に収容されているため、熱が外気へ逃げにくく、上記問題を生じやすい。

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、駆動部の温度上昇を抑え、内容物の劣化を防止できる流体制御弁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）流体を制御する弁部と、前記弁部に駆動力を付与する駆動部とを備える流体制御弁において、前記弁部は、第１ポートと第２ポートが形成された弁本体と、前記第１ポートと前記第２ポートの間に設けられた弁座と、前記弁座に当接又は離間するダイアフラムとを備えること、前記駆動部は、前記弁本体との間で前記ダイアフラムを狭持するものであってピストン室を備えるシリンダ本体と、前記ピストン室に摺動可能に装填されて前記ピストン室を第１室と第２室に区画し、前記ダイアフラムに連結されるピストンと、前記ピストンと前記シリンダ本体との摺接面に装着されるゴム製のシール部材と、を備えること、前記シリンダ本体の前記ピストン室と前記弁本体に当接する面との間に断面積を小さくするくびれを設けること、前記シリンダ本体に、前記第１室に連通する排気ポートと、前記第２室に連通して操作エアを供給する操作ポートと、前記ダイアフラムの非接液室に連通してパージガスを供給するパージポートとを形成すること、前記ピストンに、前記非接液室と前記第１室とを連通させる流路を形成すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の構成において、好ましくは、前記弁本体と前記ダイアフラムの材質が樹脂であり、前記シリンダ本体の材質が金属である。

（３）（１）又は（２）に記載の構成において、好ましくは、前記シリンダ本体に挿通される複数の固定ねじと、前記複数の固定ねじが締結される雌ねじ穴が円周方向に均等に設けられた円弧状の固定板と、を有する。

（４）（３）に記載の構成において、好ましくは、前記固定板は、中心部へ突き出す押圧部を有し、前記弁本体は、前記押圧部を配置される取付溝を形成され、前記取付溝は、前記押圧部を前記ダイアフラムの外縁部の下方に配置させるように形成されている。

（５）（３）又は（４）に記載の構成において、好ましくは、前記弁本体の前記雌ねじ穴に対応する位置に、前記固定ねじの先端が挿入される回り止め穴が形成されている。

（６）（３）乃至（５）の何れか一つに記載の構成において、好ましくは、前記シリンダ本体の前記固定板と前記固定ねじに挟み込まれる部分が、円柱形状に形成されており、前記弁本体の前記固定板と前記固定ねじに挟み込まれる部分が、円柱形状又は正六角形以上の正多角形状に形成されている。

（７）（４）乃至（６）の何れか一つに記載の構成において、好ましくは、前記弁本体は、前記シリンダ本体と接触する面の面積が、前記シリンダ本体の下面投影面積より小さく、前記取付溝は、前記固定板が少なくとも前記押圧部を前記弁本体に接触させた状態で前記シリンダ本体と前記弁本体の少なくとも一方との間に隙間を形成するように、設けられている。
（８）（７）に記載の構成において、好ましくは、前記隙間に配置される断熱材を有する。

上記流体制御弁は、例えば２００℃の流体を弁部に流すと、弁本体が流体の温度を伝えられて加熱される。熱は、弁本体からシリンダ本体に伝達されるが、シリンダ本体には、ピストン室と弁本体に当接する面との間の断面積を小さくするように、くびれが設けられている。そのため、熱は、断面積の小さいくびれ部分からピストン室の周りに伝わりにくく、ピストンとシリンダ本体との摺接面に装着されるゴム製のシール部材を加熱しにくい。また、パージポートに供給したパージガスは、非接液室からピストン内の流路を通って第１室へ流れた後に排気ポートから排出される。そのため、弁本体の熱がダイアフラムを介してピストンに伝達されたとしても、パージガスがピストンを内部から冷却して、ピストンとシリンダ本体との摺接面に装着されるゴム製のシール部材の温度上昇を抑制する。このように、流体制御弁は、駆動部の温度上昇を抑え、シリンダ本体の内容物が劣化しにくい。

上記流体制御弁は、弁本体とダイアフラムの材質が樹脂であり、シリンダ本体の材質が金属であるため、シリンダ本体の材質を樹脂にする場合と比べて、耐熱性と強度を向上させることができる。

上記流体制御弁は、円弧状の固定板を弁本体の外周に配置し、シリンダ本体に挿通した複数の固定ねじを雌ねじ穴に締結することにより、弁本体とシリンダ本体を固定板と固定ねじで挟み込んで固定するので、固定ねじと固定板で弁本体とシリンダ本体を挟み込む量が少ない。そのため、弁本体が、２００℃前後の高温流体を制御する場合にクリープ変形しても、固定ねじが緩みにくい。よって、流体制御弁は、弁本体がクリープ変形しても、ダイアフラムを保持する保持力が低下して流体の外部漏れを発生させる可能性が低い。

上記流体制御弁は、固定板が中心部へ突き出す押圧部を有する。弁本体は、押圧部を配置される取付溝を形成されている。その取付溝は、押圧部をダイアフラムの外縁部の下方に配置させるように形成されている。よって、固定板と固定ねじにより弁本体とシリンダ本体を挟み込んで固定したときに、押圧部がダイアフラムの外縁部の下方から弁本体をシリンダ本体に押し付け、ダイアフラムの外縁部を押しつぶしてシールさせるので、流体が外部に漏れるのを防止できる。

上記流体制御弁は、弁本体が、固定板の雌ねじ穴に対応する位置に、固定ねじの先端を挿入される回り止め穴を形成される。これにより、周囲環境の振動などによってシリンダ本体が弁本体に対して回転しようとしても、その回転を阻止できる。よって、上記流体制御弁は、シリンダ本体が弁本体に対して回転し、ダイアフラムを保持する保持力を低下させることがない。

上記流体制御弁は、シリンダ本体の固定板に挟み込まれる部分を、円柱形状に形成し、弁本体の固定板に挟み込まれる部分を、円柱形状又は正六角形以上の正多角形状に形成する。そのため、シリンダ本体と弁本体は、固定ねじの周りの肉厚がほぼ均一になる。よって、上記流体制御弁は、弁本体がクリープ変形しても、固定ねじの周りに応力が集中しない。

上記流体制御弁は、弁本体のシリンダ本体と接触する面の面積がシリンダ本体の下面投影面積より小さい。そして、弁本体の取付溝は、固定板が少なくとも押圧部を弁本体に接触させた状態でシリンダ本体と弁本体の少なくとも一方との間に隙間を形成するように、設けられている。このような流体制御弁は、弁本体とシリンダ本体との間に熱伝達効率の悪い空気層が設けられ、しかも、シリンダ本体の投影面積より小さい面積で弁本体からシリンダ本体へ熱が伝わるので、シリンダ本体が弁本体の熱で温度上昇しにくい。

また、上記流体制御弁は、固定板が弁本体とシリンダ本体の少なくとも一方との間に形成する隙間に、断熱材を配置することにより、弁本体からシリンダ本体へより一層熱が伝わりにくくすることができる。

本発明の実施形態に係る流体制御弁の断面図である。図１に示す流体制御弁の左側面図である。図１に示す流体制御弁の右側面図である。図１に示す流体制御弁の上面図である。図１に示す固定板の平面図である。図１に示す流体制御弁におけるパージエアの流れを示す図である。従来の流体制御弁の断面図である。図７に示す流体制御弁の固定構造を示す図である。図７に示す流体制御弁の上面図である。

以下に、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明することにする。

＜流体制御弁の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る流体制御弁１の断面図である。図２は、図１に示す流体制御弁１の左側面図である。図３は、図１に示す流体制御弁１の右側面図である。図４は、図１に示す流体制御弁１の上面図である。図５は、図１に示す固定板５０の平面図である。図６は、図１に示す流体制御弁１におけるパージエアの流れを示す図である。尚、図１及び図６に示す固定ねじ４３付近の波線は他の部分と異なる断面であることを示している。

図１、図２、図３に示すように、流体制御弁１は、弁部２と駆動部３とを一対の固定板５０，５０と固定ねじ４３を用いて連結して一体化したものである。この固定構造については、後述する。

図１に示す弁部２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの耐腐食性・耐熱性の高い樹脂により形成した弁本体２０を備える。弁本体２０には、第１ポート２１と第２ポート２２が形成されている。第１ポート２１と第２ポート２２は、弁室２３に連通している。弁室２３の内壁には、第１ポート２１に連通する開口部の周りに、弁座面２４（弁座の一例）が形成されている。よって、第１ポート２１と第２ポート２２は、弁座面２４を介して連通している。

図１に示すダイアフラム２５は、ＰＴＦＥなどの耐腐食性・耐熱性の高い樹脂により形成したものである。ダイアフラム２５は、弁座面２４に当接又は離間する円柱状の弁体部２５ａと、弁体部２５ａの外周面から外向きに張り出しており弾性変形できるように薄く形成された薄膜部２５ｂと、薄膜部２５ｂの外縁に沿って肉厚に設けられた外縁部２５ｃを有する。ダイアフラム２５は、外縁部２５ｃが弁部２と駆動部３との間で挟持され、洗浄液が外部へ漏れないようにしている。

図１に示す駆動部３は、シール部材４０，４１，４２を除き、部品の材質がＳＵＳやアルミなどの耐熱性のある金属である。駆動部３は、操作エアの圧力変動に応じてピストン３５を移動させ、ダイアフラム２５の弁体部２５ａに駆動力を付与するエアオペレイト構造を備える。

具体的には、駆動部３は、シリンダ３１とカバー３２によりシリンダ本体４８が構成されている。シリンダ３１とカバー３２は、カバー３２に挿通した固定ねじ３３をシリンダ３１の雌ねじ穴３１ｅにねじ込むことにより、連結されている。固定ねじ３３は、ゴム製の封止キャップ４５で覆われ、腐食性雰囲気に曝されないようにされている。カバー３２とシリンダ３１との間には、ゴム製のシール部材４０が配設され、エア漏れが防止されている。

カバー３２とシリンダ３１との間には、ピストン室３４が形成されている。ピストン３５は、ピストン室３４に摺動可能に装填されてピストン室３４を第１室３４ａと第２室３４ｂに区画している。ピストン３５は、ピストン室３４の内壁に摺接する外周面に、ゴム製のシール部材４１が装着されている。ピストン３５には、ピストンロッド部３５ｃが同軸上に一体で形成されている。ピストンロッド部３５ｃは、シリンダ３１から弁本体２０へ突き出し、バックアップ部材３６を介してダイアフラム２５の弁体部２５ａに連結されている。バックアップ部材３６は、洗浄液の流体圧が薄膜部２５ｂに作用しても、薄膜部２５ｂが弁体部２５ａに接続する基端部に応力が集中することがないように、薄膜部２５ｂを支持するものである。バックアップ部材３６は、係止ピン３７を介してピストンロッド部３５ｃに保持されている。

ピストンロッド部３５ｃは、シリンダ３１の内周面と摺接する外周面に、ゴム製のシール部材４２が配設されている。そのため、第２室３４ｂと非接液室４４は、気密に区画され、ダイアフラム２５の薄膜部２５ｂを透過して気化した洗浄液が駆動部３側へ漏れない。

スプリング３９は、第１室３４ａに縮設され、ピストン３５を弁本体２０側（図中下側）へ常時付勢している。ピストン３５は、ガイドピン３８をシリンダ３１のガイド穴３１ｄに挿入し、図中上下方向へ安定して移動できるようにされている。

シリンダ３１は、くびれ３１ａが設けられている。くびれ３１ａは、ピストン室３４と弁本体２０に当接する面との間の肉厚を薄くして、断面積を小さくするように設けられている。シリンダ３１は、くびれ３１ａに対応する部分の断面積が、ピストン室３４に対応する部分の断面積に対して、５０％以上９０％以下の範囲で小さくなるように、くびれ３１ａが形成されている。シリンダ本体４８は、操作ポート３１ｃと、エアパージポート３１ｂがシリンダ３１に開設されている。操作ポート３１ｃは、第２室３４ｂに連通するように形成されている。

操作ポート３１ｃは、操作エア供給源から供給される高圧の操作エアを供給するラインに接続される。一方、エアパージポート３１ｂは、非接液室４４に連通するように形成されている。エアパージポート３１ｂには、操作エア供給源から供給される高圧の操作エアをレギュレータで減圧するラインに接続される。以下、操作ポート３１ｃに供給される操作エアより低圧であってエアパージポート３１ｂに供給される操作エアを、「パージエア」という。このように、操作ポート３１ｃに供給される操作エアとエアパージポート３１ｂに供給されるパージエアは、操作エア供給源から供給される同一の流体であるが、圧力が異なっている。操作エア供給源から供給される高圧の操作エアをレギュレータにより減圧してからパージポート３１ｂにパージエアとして供給する理由は、操作エア供給源から供給される高圧の操作エアを直接エアパージポート３１ｂに供給すると、ダイアフラム２５の薄膜部２５ｂに高圧が作用し、ダイアフラム２５の薄膜部２５ｂを変形させてしまう恐れがあるためである。またエアパージポート３１ｂに供給するパージエアの圧力が、操作ポート３１ｃに供給する操作エアの圧力よりも低圧で良いのは、エアパージポート３１ｂに供給するパージエアがピストン３５等から熱を奪って冷却できるようにすれば良いからである。

ピストンロッド部３５ｃは、連通流路３５ａとメインパージ流路３５ｂが形成されている。連通流路３５ａは、ピストンロッド部３５ｃの側面から中心部へ向かって開設されている。そして、メインパージ流路３５ｂは、ピストン３５の上端面から連通流路３５ａに連通するように形成されている。そのため、非接液室４４は、連通流路３５ａとメインパージ流路３５ｂを介して第１室３４ａに連通している。第１室３４ａは、カバー３２に開設された排気ポート３２ａに連通している。排気ポート３２ａは、外気に連通させてもよいし、排気ガス回収用の回路に接続しても良い。

続いて、弁部２と駆動部３の固定構造について説明する。図５に示す固定板５０は、ＳＵＳやアルミなどの耐熱性のある金属を、半円形状に形成したものである。固定板５０の内周面には、押圧部５０ｃが中心部へ突き出すように設けられている。固定板５０は、図１に示すように、固定板５０の軸線方向に対して直交するように押圧面５０ａが押圧部５０ｃに形成され、縦断面が略Ｌ字形に形成されている。固定板５０は、押圧面５０ａの外側に複数の雌ねじ穴５０ｂが軸線方向に形成されている。雌ねじ穴５０ｂは、一対の固定板５０を流体制御弁１に取り付けた場合に、円周方向に均等に配置されるように、固定板５０に形成されている。

図４に示すように、駆動部３は、シリンダ本体４８（カバー３２とシリンダ３１）が円柱状に形成されている。図１に示すように、シリンダ３１は、弁本体２０と当接する下端部が、円板状のフランジ形状にされている（以下、この下端部を「フランジ部３１ｆ」という。）。図１及び図４に示すように、フランジ部３１ｆは、固定ねじ４３を挿通するための挿通穴が、円周方向に均等に形成されている。シリンダ３１は、フランジ部３１ｆの投影面積が、ピストン室３４を形成された部分の投影面積より大きくされ、固定ねじ４３をシリンダ３１に挿通する距離を短くしている。

また、図１に示すように、弁本体２０は、ダイアフラム２５の外縁部２５ｃを保持する溝の外側に、上端部２０ｂが環状に設けられている。上端部２０ｂは、フランジ部３１ｆに挿通した固定ねじ４３を固定板５０の雌ねじ部５０ｂに締結できるように、フランジ部３１ｆより小さく形成されている。弁本体２０は、固定板５０の押圧部５０ｃが差し込むようにして配置される取付溝２０ａが環状に形成されている。取付溝２０ａは、弁本体２０の軸線方向に対して直交するように形成された受圧面２０ｃを備える。取付溝２０ａは、固定板５０の押圧部５０ｃをダイアフラム２５の外縁部２５ｃの下方に配置するように形成されている。また、取付溝２０ａは、固定板５０が押圧面５０ａのみを受圧面２０ｃに接触させ、固定板５０の上面とフランジ部３１ｆとの間及び固定板５０の下面と弁本体２０との間、固定板５０の内周面と上端部２０ｂの外周面との間に隙間を設けるように、形成されている。固定板５０の上面とフランジ部３１ｆとの間に形成される隙間と、固定板５０の下面と弁本体２０との間に形成する隙間には、断熱材５５がそれぞれ配置され、固定板５０と弁本体２０とシリンダ本体４８が相互に熱を伝えにくくしている。

弁本体２０には、固定板５０の雌ねじ穴５０ｂに対応して、固定ねじ４３の先端を挿通される回り止め穴２６が形成されている。図４に示すように、弁本体２０を正多角形状にする場合、弁本体２０の中心と外形の頂点とを結ぶ線上に、回り止め穴２６を配置することが望ましい。固定ねじ４３の周りの弁本体２０の肉厚を均一にするためである。本実施形態では、弁本体２０の外形が正八角形であるため、８個の回り止め穴２６が弁本体２０の周方向に均等に設けられている。

このようなシリンダ本体４８と弁本体２０は、シリンダ本体４８のフランジ部３１ｆを弁本体２０に当接させ、一対の固定板５０，５０を取付溝２０ａに係合させるように取り付ける。そして、固定ねじ４３をフランジ部３１ｆに挿通して固定板５０の雌ねじ穴５０ｂに締結する。すると、一対の固定板５０，５０が、押圧面５０ａを受圧面２０ｃに押し付け、ダイアフラム２５の外縁部２５ｃの下方から弁本体２０をシリンダ本体４８へ押圧する。これにより、フランジ部３１ｆと弁本体２０とが、一対の固定板５０，５０に挟み込まれた状態で固定され、ダイアフラム２５の外縁部２５ｃを押し潰してシールする。このとき、各固定ねじ４３は、先端部が雌ねじ穴５０ｂから突き出し、回り止め穴２６に挿通される。各固定ねじ４３が回り止め穴２６に挿通されることにより、シリンダ本体４８が弁本体２０に対して回転することが阻止される。

尚、固定ねじ４３の本数は、シリンダ３１や弁本体２０に発生する応力分布を均等にするために、６本以上にすることが望ましい。それに応じて、弁本体２０の外形は、六角形以上にすることが望ましい。本実施形態では、弁本体２０の外形を正八角形形状とし、８本の固定ねじ４３でシリンダ本体４８と弁本体２０を固定している。

上記流体制御弁１の動作について説明する。流体制御弁１は、第２室３４ｂに操作エアが供給されない場合には、ピストン３５がスプリング３９のばね力によって押し下げられ、ダイアフラム２５の弁体部２５ａを弁座面２４に当接させている。この場合、第１ポート２１と第２ポート２２の間が遮断され、洗浄液が流れない。

流体制御弁１は、第２室３４ｂに操作エアが供給される場合には、第２室３４ｂの内圧がスプリング３９のばね力に打ち勝つと、ピストン３５がスプリング３９に抗して上昇し、ダイアフラム２５の弁体部２５ａを弁座面２４から離間させる。これにより、第１ポート２１と第２ポート２２が連通し、洗浄液が弁開度に応じて流量制御されて出力される。

ところで、制御する洗浄液が、例えば２００℃〜２５０℃に加熱されている場合、弁本体２０が加熱される。その熱は、弁本体２０からシリンダ３１へ伝達される。しかし、シリンダ３１は、くびれ３１ａが形成され、ピストン室３４とフランジ部３１ｆとの間の体積が小さくされている。そのため、弁本体２０からシリンダ３１に伝達された熱は、くびれ３１ａによって断面積を小さくされた部分を介してピストン室３４側へ伝えられる。よって、シリンダ３１は、ピストン室３４の周りの温度がフランジ部３１ｆほど上昇せず、シール部材４０，４１，４２が加熱されにくい。

しかも、流体制御弁１は、図６に示すように、操作ポート３１ｃに供給される操作エアより低圧のパージエアがエアパージポート３１ｂに、常時供給される。パージエアは、エアパージポート３１ｂから非接液室４４、ピストンロッド部３５ｃの連通流路３５ａ、メインパージ流路３５ｂを介して第１室３４ａへ流れ、排気ポート３２ａから排出される。パージエアは、常温で供給され、洗浄液の温度より低い。そのため、パージエアは、シリンダ３１、ピストンロッド部３５ｃ、ピストン３５、非接液室４４の熱を奪いながら流れてシリンダ本体４８の内容物を冷却し、駆動部３の温度上昇を抑える。

更に、弁本体２０は、フランジ部３１ｆより小径に設けられた上端部２０ｂをフランジ部３１ｆに面接触させた状態で、シリンダ本体４８に連結されている。そして、一対の固定板５０は、押圧面５０ａだけを弁本体２０の受圧面２０ｃに接触させ、その他の部分を弁本体２０とシリンダ本体４８に接触させていない状態で、弁本体２０とシリンダ本体４８を固定している。そのため、弁本体２０の熱は、上端部２０ｂのみからシリンダ本体４８のフランジ部３１ｆへ伝えられることになり、シリンダ本体４８が弁本体２０に加熱されにくい。

しかも、断熱材５５が弁本体２０とシリンダ本体４８と固定板５０との相互間で熱を伝えにくくしているので、シリンダ本体４８が弁本体２０の熱により加熱されにくい。

よって、流体制御弁１は、シリンダ本体４８の温度上昇が抑制される。また、シール部材４０，４１，４２が洗浄液制御時に熱で溶けて固着したり変形することがなく、シール性能を維持できる。

ここで、弁本体２０は、樹脂を材質とする。そのため、流体制御弁１が２００℃〜２５０℃の高温の洗浄液を制御すると、弁本体２０はクリープ変形を生じる。弁本体２０とシリンダ本体４８は、固定板５０，５０と固定ねじ４３に上端部２０ｂとフランジ部３１ｆを挟み込まれた状態で固定されている。そのため、弁本体２０とシリンダ本体４８は、固定板５０と固定ねじ４３に挟み込まれる量が少ない。よって、弁本体２０がクリープ変形しても、固定ねじ４３の締結力に影響を及ぼしにくい。その結果、流体制御弁１は、弁本体２０とシリンダ本体４８との間でダイアフラム２５の外縁部２５ｃを保持する保持力が低下せず、弁室２３を流れる洗浄液が弁本体２０とシリンダ本体４８との間から外部へ漏れない。

一方、駆動部３は、シール部材４０，４１，４２を除き、部品が樹脂より耐熱温度の高い金属で形成されている。また、固定板５０，５０も、樹脂より耐熱温度の高い金属で形成されている。そのため、シリンダ３１とカバー３２と固定板５０，５０は、弁本体２０から熱を伝達されても、変形しない。よって、高温洗浄液制御中に、固定ねじ４３,３３が緩むことがなく、シリンダ３１とカバー３２がスプリング３９のばね力で分解される等の不具合が生じない。

以上説明したように、本実施形態の流体制御弁１は、例えば２００℃〜２５０℃の洗浄液を弁部２に流すと、弁本体２０が洗浄液の温度を伝えられて加熱される。熱は、弁本体２０からシリンダ本体４８に伝達されるが、シリンダ本体４８には、ピストン室３４と弁本体２０に当接する面との間の断面積を小さくするように、くびれ３１ａが設けられている。そのため、熱は、断面積の小さいくびれ３１ａ部分からピストン室３４の周りに伝わりにくく、ピストン３５とシリンダ本体４８との摺接面に装着されるシール部材４１,４２を加熱しにくい。また、エアパージポート３１ｂに供給したパージエアは、非接液室４４からピストン３５内の流路３５ａ，３５ｂを通って第１室３４ａへ流れた後に排気ポート３２ａから排出される。そのため、弁本体２０の熱がダイアフラム２５を介してピストン３５に伝達されたとしても、パージエアがピストン３５を内部から冷却して、ピストン３５とシリンダ本体４８との摺接面に装着されるシール部材４１，４２の温度上昇を抑制する。このように、流体制御弁１は、駆動部３の温度上昇を抑え、ピストン３５やシール部材４１，４２などのシリンダ本体４８の内容物が劣化しにくい。

ここで、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＦＡ（四フッ化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）などの樹脂によりシリンダ本体４８やピストン３５などを形成すると、流体制御弁１が２００℃〜２５０℃の高温洗浄液を制御する場合に、駆動部３が熱で変形してしまう。また、耐熱性のあるＰＴＦＥによりシリンダ本体４８やピストン３５などを形成すると、強度が不足する。これに対して、本実施形態の流体制御弁１は、弁本体２０とダイアフラム２５の材質が樹脂であり、シリンダ本体４８の材質が金属であるため、シリンダ本体４８の材質を樹脂にする場合と比べて、耐熱性と強度を向上させることができる。

例えば、図８に示す従来の流体制御弁１０１は、固定ねじ１４６をカバー１３２からシリンダ１３１へと挿通してナット部材１４８に締結する一方、固定ねじ１４７を取付板１１０から弁本体１２０に貫き通してナット部材１４８に締結している。そのため、流体制御弁１０１は、カバー１３２、シリンダ１３１、弁本体１２０、取付板１１０の全体が固定ねじ１４６，１４７で挟み込まれており、固定ねじ１４６，１４７による挟み込み量が長い。このような流体制御弁１０１は、弁本体１２０やシリンダ１３１などがクリープ変形すると、固定ねじ１４６，１４７が緩みやすい。固定ねじ１４６，１４７が緩むと、図７に示すダイアフラム１２５の保持力が低下し、弁本体１２０とシリンダ１３１の間から洗浄液が漏れる恐れがある。

これに対して、本実施形態の流体制御弁１は、円弧状の固定板５０，５０を弁本体２０の外周に配置し、シリンダ本体４８に挿通した複数の固定ねじ４３を雌ねじ穴５０ｂに締結することにより、弁本体２０とシリンダ本体４８を固定板５０，５０と固定ねじ４３で挟み込んで固定するので、固定ねじ４３と固定板５０，５０で弁本体２０とシリンダ本体４８を挟み込む量が少ない。そのため、弁本体２０が、２００℃〜２５０℃の高温洗浄液を制御する場合にクリープ変形しても、固定ねじ４３が緩みにくい。よって、流体制御弁１は、弁本体２０がクリープ変形しても、ダイアフラム２５の外縁部２５ｃを保持する保持力が低下して流体の外部漏れを発生させる可能性が低い。また、シリンダ３１とカバー３２は金属製で２００℃〜２５０℃の温度で熱変形しない。そのため、流体制御弁１は、高温洗浄液制御中に固定ねじ３３が緩まない。

上記流体制御弁１は、固定板５０が中心部へ突き出す押圧部５０ｃを有する。弁本体２０は、押圧部５０ｃを配置される取付溝２０ａを形成されている。その取付溝２０ａは、押圧部５０ｃをダイアフラム２５の外縁部２５ｃの下方に配置させるように形成されている。よって、固定板５０と固定ねじ４３により弁本体２０とシリンダ本体４８を挟み込んで固定したときに、押圧部５０ｃがダイアフラム２５の外縁部２５ｃの下方から弁本体２０をシリンダ本体４８に押し付け、ダイアフラム２５の外縁部２５ｃを押しつぶしてシールさせるので、洗浄液が外部に漏れるのを防止できる。

本実施形態の流体制御弁は、弁本体２０が、固定板５０の雌ねじ穴５０ｂに対応する位置に、固定ねじ４３の先端を挿入される回り止め穴２６が形成される。これにより、周囲環境の振動などによってシリンダ本体４８が弁本体２０に対して回転しようとしても、その回転を阻止できる。よって、上記流体制御弁１は、シリンダ本体４８が弁本体２０に対して回転し、ダイアフラム２５を保持する保持力を低下させることがない。

図９に示すように、従来の流体制御弁１０１は、シリンダ（シリンダ１３１とカバー１３２）と、弁本体１２０が、直方体形状に成型されていた。そのため、図８に示すように固定ねじ１４６，１４７を締結した場合に、固定ねじ１４６，１４７の周りの肉厚が不均一であった。その結果、弁本体１２０やシリンダ１３１がクリープ変形すると、固定ねじ１４６，１４７の周りに応力が集中し、固定ネジ１４６，１４７が緩みやすかった。固定ねじ１４６，１４７が緩むと、ダイアフラム１２５の保持力が不均一になり、洗浄液が弁本体１２０とシリンダ１３１の間から漏れる等の不具合を生じる可能性がある。

これに対して、本実施形態の流体制御弁１は、シリンダ本体４８の固定板５０に挟み込まれる部分（フランジ部３１ｆ）を、円柱形状に形成し、弁本体２０の固定板５０に挟み込まれる部分を、円柱状又は正六角形以上の正多角形状に形成する。そのため、シリンダ本体４８と弁本体２０は、固定ねじ４３の周りの肉厚がほぼ均一になる。よって、本実施形態の流体制御弁１は、弁本体２０がクリープ変形しても、固定ねじ４３の周りに応力が集中しない。その結果、流体制御弁１は、高温洗浄液を制御する場合でもダイアフラム２５の外縁部２５ｃを円周方向に均一な力で保持することができ、洗浄液が漏れるのを防止できる。

上記流体制御弁１は、弁本体２０のシリンダ本体４８と接触する面の面積がシリンダ本体４８の下面投影面積より小さい。そして、取付溝２０ａは、固定板５０が少なくとも押圧部５０ｃを弁本体２０に接触させた状態でシリンダ本体４８と弁本体２０の少なくとも一方との間に隙間を形成するように、設けられている。このような流体制御弁１は、弁本体２０とシリンダ本体４８との間に熱伝達効率の悪い空気層が設けられ、しかも、シリンダ本体４８の投影面積より小さい面積で弁本体２０からシリンダ本体４８へ熱が伝わるので、シリンダ本体４８が弁本体２０の熱で温度上昇しにくい。

また、上記流体制御弁１は、固定板５０が弁本体２０とシリンダ本体４８との間に形成する隙間に、断熱材５５を配置することにより、弁本体２０からシリンダ本体４８へより一層熱が伝わりにくくすることができる。

尚、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。

例えば、上記実施形態では、駆動部３の部品の材質を金属にしたが、駆動部３の部品の材質を樹脂にして軽量化を図っても良い。

上記実施形態では、弁本体２０の外形を正八角形にしたが、弁本体２０の外形を円柱形状や正六角形形状、正七角形形状、九角形以上の正多角形状にしても良い。この場合、更に、弁本体２０の熱変形時に弁本体２０に発生する応力を均一にすることができる。

上記実施形態では、エアパージポート３１ｂと操作ポート３１ｃを操作エア供給源に接続し、操作エアと同じ流体をパージエアとして利用した。これに対して、操作エアと別の流体をパージエアとして利用し、エアパージポート３１ｂに供給するようにしても良い。この場合、パージエア供給源から供給されるパージエアの圧力が、操作エア供給源から供給される高圧の操作エアよりも低圧であれば、エアパージポート３１ｂに接続するラインから減圧用のレギュレータを省き、流体制御弁１に接続するラインの配管構成をコンパクトにできる。

上記実施形態では、ピストン３５にピストンロッド部３５ｃを一体に形成したが、ピストンとピストンロッドを別部材で設けて連結するようにしても良い。

上記実施形態では、半円状の固定板５０を２個用いてシリンダ本体４８と弁本体２０を連結したが、固定板を三日月状にして３個以上の固定板を用いてシリンダ本体４８と弁本体２０を連結するようにしても良い。

上記実施形態では、流体制御弁１を洗浄液等の薬液制御に用いたが、他の高温流体の制御に用いても良い。

上記実施形態では、固定板５０の上面とシリンダ本体４８との間、固定板５０の下面と弁本体２０との間にそれぞれ隙間を設けたが、何れか一方を接触させても良い。この場合でも、隙間の存在によって弁本体２０からシリンダ本体４８へ熱が伝わりにくくできる。尚、その隙間には、断熱材５５を配置して、断熱効果を上げることが望ましい。

上記実施形態では、固定板５０と弁本体２０とシリンダ本体４８との間の水平方向に形成される隙間にのみ断熱材５５を配置したが、固定板５０の内周面と弁本体２０との間に垂直方向に形成される隙間にも断熱材５５を配置しても良い。

更に、断熱材５５は、固定板５０と弁本体２０とシリンダ本体４８との間に形成される隙間を埋めるように設けても良い。

１流体制御弁
２弁部
３駆動部
２０弁本体
２０ａ取付溝
２１第１ポート
２２第２ポート
２４弁座面（弁座の一例）
２５ダイアフラム
２５ｃ外縁部
２６回り止め穴
３１ａくびれ
３１ｂエアパージポート
３１ｃ操作ポート
３２ａ排気ポート
３４ピストン室
３４ａ第１室
３４ｂ第２室
３５ピストン
３５ａメインパージ流路（流路の一例）
３５ｂ連通流路（流路の一例）
４１シール部材
４３固定ねじ
４８シリンダ本体
５０固定板
５０ｂ雌ねじ穴
５０ｃ押圧部
５５断熱材

Claims

流体を制御する弁部と、前記弁部に駆動力を付与する駆動部とを備える流体制御弁において、
前記弁部は、
第１ポートと第２ポートが形成された弁本体と、
前記第１ポートと前記第２ポートの間に設けられた弁座と、
前記弁座に当接又は離間するダイアフラムとを備えること、
前記駆動部は、
前記弁本体との間で前記ダイアフラムを狭持するものであってピストン室を備えるシリンダ本体と、
前記ピストン室に摺動可能に装填されて前記ピストン室を第１室と第２室に区画し、前記ダイアフラムに連結されるピストンと、
前記ピストンと前記シリンダ本体との摺接面に装着されるゴム製のシール部材と、を備えること、
前記シリンダ本体の前記ピストン室と前記弁本体に当接する面との間に断面積を小さくするくびれを設けること、
前記シリンダ本体に、前記第１室に連通する排気ポートと、前記第２室に連通して操作エアを供給する操作ポートと、前記ダイアフラムの非接液室に連通してパージガスを供給するパージポートとを形成すること、
前記ピストンに、前記非接液室と前記第１室とを連通させる流路を形成すること、
を特徴とする流体制御弁。
請求項１に記載する流体制御弁において、
前記弁本体と前記ダイアフラムの材質が樹脂であり、
前記シリンダ本体の材質が金属である
ことを特徴とする流体制御弁。
請求項１又は請求項２に記載する流体制御弁において、
前記シリンダ本体に挿通される複数の固定ねじと、
前記複数の固定ねじが締結される雌ねじ穴が円周方向に均等に設けられた円弧状の固定板と、を有すること、
を特徴とする流体制御弁。
請求項３に記載する流体制御弁において、
前記固定板は、中心部へ突き出す押圧部を有し、
前記弁本体は、前記押圧部を配置される取付溝を形成され、
前記取付溝は、前記押圧部を前記ダイアフラムの外縁部の下方に配置させるように形成されている
ことを特徴とする流体制御弁。
請求項３又は請求項４に記載する流体制御弁において、
前記弁本体の前記雌ねじ穴に対応する位置に、前記固定ねじの先端が挿入される回り止め穴が形成されている
ことを特徴とする流体制御弁。
請求項３乃至請求項５の何れか一つに記載する流体制御弁において、
前記シリンダ本体の前記固定板と前記固定ねじに挟み込まれる部分が、円柱形状に形成されており、
前記弁本体の前記固定板と前記固定ねじに挟み込まれる部分が、円柱形状又は正六角形以上の正多角形状に形成されている
ことを特徴とする流体制御弁。
請求項４乃至請求項６の何れか一つに記載する流体制御弁において、
前記弁本体は、前記シリンダ本体と接触する面の面積が、前記シリンダ本体の下面投影面積より小さく、
前記取付溝は、前記固定板が少なくとも前記押圧部を前記弁本体に接触させた状態で前記シリンダ本体と前記弁本体の少なくとも一方との間に隙間を形成するように、設けられている
ことを特徴とする流体制御弁。
請求項７に記載する流体制御弁において、
前記隙間に配置される断熱材を有する
ことを特徴とする流体制御弁。