JP6193955B2 - Fluid control valve - Google Patents

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    • F16K7/16Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam

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。   The present invention relates to a fluid control valve and a fluid control method for controlling a fluid.

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)。   For example, in a semiconductor manufacturing apparatus, a fluid control valve that controls fluid by bringing a valve body into contact with or away from a valve seat is used. In this type of fluid control valve, a liquid contact portion such as a valve body or a valve seat is formed of resin in order to ensure corrosion resistance. If particles are contained in the chemical solution, the yield rate of the product is lowered. Therefore, the conventional fluid control valve is configured to press the flat contact surface of the heating member against the valve seat surface of the valve seat with which the valve body abuts, and then separate the heating member from the valve seat surface. The molding defects are eliminated so that particles are not generated (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−122718号公報JP 2011-122718 A

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。   Particle countermeasures in conventional fluid control valves have been able to reduce the impact on conventional semiconductor manufacturing. However, semiconductor devices are miniaturized every year, and accordingly, particles affecting semiconductor manufacturing are miniaturized. As semiconductor devices become finer, it is necessary to reduce finer particles. For example, 20 nm particles that can be measured with a commercially available particle counter are problematic.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fluid control valve and a fluid control method capable of reducing the generation of particles by suppressing wear caused by deformation of a valve body that occurs when the valve is closed. For the purpose.

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3.224μm以上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。
One embodiment of the present invention has the following configuration.
(1) having a drive part, a valve body having a first port, a second port, and a valve seat; and a valve body formed in a column shape and connected to the drive part; An annular seal projection provided on the end of the valve seat, which is annularly projected on the end face of the valve seat and is pressed against the valve seat for sealing, and at least the annular seal projection is made of a fluororesin. That is, when the annular seal portion is pressed against the valve seat by the drive unit, the valve body has a displacement amount that the annular seal portion is displaced in the radial direction is not less than 3.224 μm and not more than 6.175 μm. The fluid control valve is characterized.

(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6.45×10 -4 倍以上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。
(2) a drive unit, a valve body having a first port, a second port, and a valve seat; a valve body formed in a column shape and connected to the drive unit; and the valve body on a valve seat side An annular seal projection provided on the end of the valve seat, which is annularly projected on the end face of the valve seat and is pressed against the valve seat for sealing, and at least the annular seal projection is made of a fluororesin. When the annular seal portion is pressed against the valve seat by the drive unit, the valve body has a displacement amount that the annular seal portion is displaced in the radial direction when the valve seat is not in contact with the valve seat. The fluid control valve is characterized in that it is 6.45 × 10 −4 times or more and 12.4 × 10 −4 times or less with respect to the diameter of the annular seal portion.
Here, “the diameter of the annular seal portion when not in contact with the valve seat” is the radial center of the annular seal portion not in contact with the valve seat when the annular seal portion is formed with a flat surface. The diameter of the position. Moreover, when an annular seal part is R shape, the diameter of the vertex part of the annular seal part which is not contact | abutting to a valve seat is said.

(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3.22×10 -2 倍以上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。 (3) having a drive part, a valve body having a first port, a second port, and a valve seat; and a valve body formed in a column shape and connected to the drive part; An annular seal protrusion projecting annularly on the end face on the valve seat side, at least the annular seal protrusion is made of a fluororesin, and is pressed against the valve seat at the tip of the annular seal protrusion to seal The annular seal portion is formed flat, and the valve body has a displacement amount in which the annular seal portion is displaced in the radial direction when the annular seal portion is pressed against the valve seat by the drive portion. The fluid control valve is characterized in that it is 3.22 × 10 −2 times or more and 6.18 × 10 −2 times or less the width dimension of the annular seal portion when it is not in contact with the valve seat.

(4)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、「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。
(4) having a drive unit, a valve body having a first port, a second port, and a valve seat; and a valve body formed in a column shape and connected to the drive unit; An annular seal projection provided on the end of the valve seat, which is annularly projected on the end face of the valve seat and is pressed against the valve seat for sealing, and at least the annular seal projection is made of a fluororesin. The fluid control valve is characterized in that the diameter of the end face on the valve seat side is not less than 1.3 times the diameter of the annular seal portion when not in contact with the valve seat.
Here, “the diameter of the annular seal portion when not in contact with the valve seat” is the diameter of the annular seal portion not in contact with the valve seat when the annular seal portion is formed with a flat surface. The diameter at the center of the direction. Moreover, when an annular seal part is R shape, the diameter of the vertex part of the annular seal part which is not contact | abutting to a valve seat is said.

(5)(1)乃至(4)の何れか一つ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。 (5) In the configuration according to any one of (1) to (4), it is preferable that the valve body has a narrowest diameter smaller than a diameter of the annular seal portion.

(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。 (6) In the configuration described in (5), the valve body has an axial thickness at a radial center position of the annular seal portion of 0.7 times or more with respect to the diameter of the annular seal portion. It is preferable.

(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。 (7) In the configuration described in (5) or (6), it is preferable that the valve body has a convex portion that protrudes in the valve seat direction from the valve seat side end surface inside the annular seal protrusion.

(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。 (8) In the configuration described in (7), it is preferable that the convex portion has a diameter of a base end portion connected to the valve seat side end surface equal to or larger than a diameter of a thinnest portion of the valve body.

(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。 (9) In the configuration according to any one of (1) to (8), it is preferable that the annular seal protrusion is formed of PFA.

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。 In the above configuration, the amount of displacement of the annular seal portion in the radial direction is suppressed when the drive portion presses the annular seal portion of the valve body against the valve seat and then further presses the annular seal portion against the valve seat. . The amount of displacement is suppressed to, for example, 6.175 μm or less, or 12.4 × 10 −4 times or less of the diameter of the annular seal portion when not in contact with the valve seat. Further, for example, when the annular seal portion is flat, the amount of displacement is suppressed to 6.18 × 10 −2 times or less of the width dimension of the annular seal portion when the annular seal portion is not in contact with the valve seat. The As described above, when the amount of displacement of the annular seal portion is suppressed, the annular seal portion is rubbed against the valve seat and is less likely to be worn, so that generation of particles that affect semiconductor manufacturing can be reduced. In addition, by suppressing wear due to deformation of the valve body, the sealing performance does not deteriorate even if the valve opening / closing operation is repeated. This improves the durability of the fluid control valve. Further, the required sealing force can be reduced and the drive unit can be made compact.

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。   In the above configuration, since the diameter of the end face on the valve seat side is 1.3 times or more than the diameter of the annular seal portion when not in contact with the valve seat, the rigidity near the end face on the valve seat side is high. As a result, the valve body is unlikely to deform its end face on the valve seat side during the pressing operation of pressing the annular seal portion against the valve seat. Therefore, the annular seal protrusion is not easily deformed so as to displace the annular seal portion in the radial direction during the pressing operation, and wear of the annular seal portion can be suppressed. Therefore, according to the said structure, generation | occurrence | production of a particle can be reduced by suppressing the abrasion by the deformation | transformation of the valve body which generate | occur | produces at the time of valve closing.

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。   In the above configuration, since the diameter of the thinnest part of the valve body is smaller than the diameter of the annular seal portion, the end face on the valve seat side is pushed inside the annular seal protrusion toward the valve seat. However, in the fluid control valve, since the amount of displacement of the annular seal surface in the radial direction is suppressed, the wear of the annular seal surface can be reduced and the generation of particles can be reduced.

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。   In the above configuration, the valve body has a wall thickness in the axial direction at the radial center position of the annular seal portion that is 0.7 times or more the diameter of the annular seal portion. Begins to disperse at a position away from the end face on the valve seat side. For this reason, deformation in the vertical direction is likely to occur near the end face on the valve seat side. Therefore, in the said structure, it is easy to press an annular seal part perpendicularly | vertically to a valve seat, and the displacement amount which an annular seal part displaces to radial direction can be suppressed.

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。   In the above configuration, since the valve body has a convex portion protruding in the valve seat direction from the valve seat side end surface inside the annular seal projection, the rigidity of the portion that receives a load from the drive unit is high, and the valve seat side end surface is an annular seal. It is difficult to deform so that the inside of the protrusion protrudes toward the valve seat. Therefore, according to the above configuration, the annular seal protrusion is not easily bent due to the deformation of the end face on the valve seat side, and the amount of displacement of the annular seal surface can be suppressed.

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。   In the above configuration, since the diameter of the base end connected to the valve seat side end surface is equal to or larger than the diameter of the thinnest part of the valve body, the convex part supports the entire load received from the drive part, and Hard to deform. Therefore, according to the said structure, a deformation | transformation of the valve seat side end surface can be suppressed and the displacement amount of an annular seal surface can be reduced.

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。   In the above configuration, since the annular seal protrusion is formed of high hardness PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), the annular seal protrusion is prevented from being deformed when the valve is closed, and the annular seal is formed. The wear of the part can be suppressed and the generation of particles can be reduced.

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。   According to the above configuration, it is possible to provide a fluid control valve and a fluid control method that can suppress wear due to deformation of the valve body that occurs when the valve is closed, and reduce the generation of particles.

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。It is sectional drawing of the fluid control valve which concerns on 1st Embodiment of this invention, Comprising: A closed state is shown. 図1に示す弁体の断面図である。It is sectional drawing of the valve body shown in FIG. 比較例1〜3及び実施例1〜13の設定条件を示す表である。It is a table | surface which shows the setting conditions of Comparative Examples 1-3 and Examples 1-13. 実施例10の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of Example 10. FIG. 実施例1の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of Example 1. FIG. 実施例2の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of Example 2. FIG. 比較例1の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of the comparative example 1. 比較例2の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of the comparative example 2. 比較例3の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of the comparative example 3. 実施例1の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 1. FIG. 実施例2の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 2. FIG. 実施例3の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 3. FIG. 実施例4の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 4. FIG. 実施例5の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 5. FIG. 実施例6の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 6. FIG. 実施例7の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 7. FIG. 実施例8の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 8. FIG. 実施例9の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 9. FIG. 実施例10の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 10. FIG. 実施例11の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 11. FIG. 実施例12の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 12. FIG. 実施例13の変位量解析結果を示す図である。It is a figure which shows the displacement amount analysis result of Example 13. 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。The ring of Comparative Examples 1-3 and Examples 1-13 when the amount of displacement of the annular seal surface in Comparative Examples 1-3 and Examples 1-13 and the amount of displacement of the annular seal surface of Example 10 are 100% It is a table | surface which shows the ratio of the displacement amount of a seal surface, the ratio of the displacement amount of the annular seal surface with respect to the width direction center diameter, and the ratio of the displacement amount of the annular seal surface with respect to a width dimension. 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。It is a figure which shows the particle measurement value, Comprising: The number of particles of 20 nm or more is shown on a vertical axis | shaft, and the displacement amount (micrometer) of an annular seal surface is shown on a horizontal axis. 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。It is a graph which shows the relationship between the ratio (D / A) of the end surface diameter with respect to the width direction center diameter, and the displacement amount of an annular seal surface, The displacement amount (micrometer) of an annular seal surface is shown on a vertical axis | shaft, and a horizontal axis | shaft is shown. D / A (times) is shown. 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。It is the microscope picture which image | photographed the annular seal surface after a particle test regarding the valve body of Example 10 shown in FIG. 図26に示す顕微鏡写真のイメージ図である。It is an image figure of the microscope picture shown in FIG. 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。It is the microscope picture which image | photographed the annular seal surface after a particle test regarding the valve body of Example 1 shown in FIG. 図28に示す顕微鏡写真のイメージ図である。It is an image figure of the microscope picture shown in FIG. ダイアフラム弁体の弾性変形のイメージ図である。It is an image figure of the elastic deformation of a diaphragm valve body. 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。It is sectional drawing of the valve body used for the fluid control valve which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 第1変形例の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of a 1st modification. 第2変形例の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of a 2nd modification. 第3変形例の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of a 3rd modification. 第4変形例の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of a 4th modification. 第5変形例の弁体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve body of a 5th modification.

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。   Embodiments of a fluid control valve and a fluid control method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

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。
A. First Embodiment (About the outline of the present invention)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fluid control valve 1 according to a first embodiment of the present invention, showing a closed state. The fluid control valve 1 according to the first embodiment is characterized by reducing wear caused by deformation of a diaphragm valve element (an example of a valve element) 4 that occurs when the valve is closed.

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)。   Conventionally, a diaphragm valve has a structure in which the valve body is vertically contacted with the valve seat, or the surface roughness of the valve body annular seal surface or the valve seat surface is increased. Particle countermeasures have been taken by improving the state of contact with the valve seat surface of the seat and suppressing the contact force. However, this method alone cannot sufficiently reduce the number of particles. For example, semiconductor devices are miniaturized every year, and particles that affect semiconductor manufacturing are getting smaller year by year. For example, a fluid control valve is required to reduce as much as possible 20 nm particles that can be measured with a commercially available particle counter. Therefore, in the conventional countermeasures for reducing the number of particles, if the problem particles become smaller, further countermeasures are required, which has been accompanied by finer particles. Therefore, the inventor noticed the necessity of eliminating the cause of particle generation, and discovered the fundamental cause of particle generation through repeated experiments and simulations (see the effect confirmation test result described later).

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。   FIG. 30 is an image diagram of elastic deformation of the diaphragm valve body 1000. The diaphragm valve body 1000 is formed with a neck portion 1000b by narrowing a portion to which the thin film portion 1000a is connected. As a result, the fluid control valve can adjust the pressure receiving area from the fluid by expanding the volume of the diaphragm chamber accommodating the diaphragm valve body 1000 and expanding the flexible region of the thin film portion 1000a even with the same valve size. The diaphragm valve body 1000 is provided larger than the diameter of the neck portion 1000b so that the valve body portion 1000d including the valve seat side end surface 1000c is coaxial with the neck portion 1000b. The valve seat side end surface 1000c is provided with an annular seal protrusion 1000f on the outer diameter side than the neck portion 1000b, and increases the inner diameter (orifice diameter) of the valve seat opening to increase the control flow rate. In the fluid control valve including the diaphragm valve body 1000, the driving force applied to the neck portion 1000b is transmitted to the annular seal surface 1000e of the annular seal protrusion 1000f via the valve body portion 1000d, and the annular seal surface 1000e is 3 to 50 MPa. Seal the valve seat with surface pressure. In such a diaphragm valve body 1000, the action point K2 at which the annular seal surface 1000e abuts against the valve seat and seals is shifted outward from the force point at which the driving force in the K1 direction in the drawing is applied. Therefore, every time the valve is closed, as shown by K3 in the figure, a force for spreading outward in the radial direction is generated on the annular seal surface 1000e. In this case, as indicated by an imaginary line M in the figure, the diaphragm valve body 1000 is deformed so as to slide the annular seal surface 1000e against the valve seat, and the annular seal surface 1000e is rubbed against the valve seat and worn. . The inventors considered that the worn portion was torn off from the annular seal surface 1000e during the valve opening / closing operation and became particles. The inventors have confirmed this through simulations and experiments. The inventors have devised a shape in the vicinity of the annular seal protrusion so as to suppress or prevent deformation of the valve body.

(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。
(Schematic configuration of fluid control valve)
As shown in FIG. 1, the fluid control valve 1 includes a valve unit 2 that controls fluid and a drive unit 3 that applies a driving force to the valve unit 2. The fluid control valve 1 is attached to, for example, a semiconductor manufacturing apparatus and controls the flow rate of the chemical solution supplied to the wafer. In this case, since the fluid control valve 1 may control a highly corrosive chemical solution, the diaphragm valve body 4 partitions the drive unit 3 and the valve unit 2.

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。   In the drive unit 3, a cylinder body 33 is configured by a cylinder body 31 and a cylinder cover 32. The piston 35 is slidably loaded into a piston chamber 34 in which a piston body 35a is formed in the cylinder body 33, and the piston chamber 34 is partitioned into a first chamber 34a and a second chamber 34b in an airtight manner. The piston body 35a is integrally provided with a shaft 35b. A lower end portion of the shaft 35 b protrudes from the cylinder body 33 toward the valve portion 2 and is connected to the diaphragm valve body 4 of the valve portion 2. The compression spring 36 applies a sealing load to the diaphragm valve body 4, is contracted in the first chamber 34 a, and constantly urges the piston 35 toward the valve seat 24 side of the valve portion 2. The cylinder body 33 is formed with an intake / exhaust port 33a that communicates with the first chamber 34a to intake and exhaust, and an operation port 33b that communicates with the second chamber 34b and supplies operation air.

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。   The drive unit 3 causes the piston 35 to reciprocate linearly along the axis by the balance between the spring force of the compression spring 36 and the internal pressure of the second chamber 34b, and moves the diaphragm valve body 4 by a predetermined stroke. Except for the compression spring 36 and the annular seal member, the drive unit 3 is made of a fluororesin material and can be used in a highly corrosive atmosphere.

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。   The valve portion 2 is built in the valve body 21 and performs fluid control by the annular seal protrusion 414 of the diaphragm valve body 4 contacting or separating from the valve seat surface 24 a of the valve seat 24. The valve body 21 and the diaphragm valve body 4 are made of a fluororesin in order to ensure corrosion resistance. Further, the diaphragm valve body 4 is made of a fluororesin that is equal in hardness to the valve body 21 (valve seat 24) or lower in hardness than the valve body 21 (valve seat 24) in order to enhance the sealing performance of the annular seal protrusion 414. Is preferred. In this embodiment, the material of the valve body 21 (valve seat 24) is PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) hardness D60 to 64, and the material of the diaphragm valve body 4 is PTFE (polytetrafluoroethylene). The hardness is D53 to 58.

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。   The valve body 21 has a rectangular parallelepiped shape, and is opened on a side surface where the first port 21a and the second port 21b for inputting and outputting fluids are opposed to each other. An opening 21e is formed in a cylindrical shape on the upper surface of the valve body 21, and a mounting hole 21f is formed in an annular shape outside the opening 21e. The valve portion 2 is fitted with the outer edge portion 43 of the diaphragm valve body 4 in the mounting hole 21f of the valve body 21 and sandwiches the outer edge portion 43 between the valve body 21 and the cylinder body 33, so that the diaphragm chamber 22 and the non-diaphragm chamber 22 are not in contact with each other. A liquid contact chamber 23 is formed. The valve body 41 of the diaphragm valve body 4 is connected to the shaft 35b and moves in the diaphragm chamber 22 in the vertical direction in the figure. The non-wetted chamber 23 communicates with a breathing hole 33 c formed in the cylinder body 33 so that the thin film portion 42 can be smoothly deformed as the valve body 41 moves.

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。   The first communication channel 21 c is formed in an L shape in the valve body 21 so as to allow the first port 21 a and the diaphragm chamber 22 to communicate with each other, and is open at the center of the bottom surface of the diaphragm chamber 22. A valve seat 24 is provided on the bottom surface of the diaphragm chamber 22 along the outer periphery of the opening where the first communication channel 21c opens. The valve seat 24 includes a valve seat surface 24 a that is processed so as to be a flat surface orthogonal to the axis of the diaphragm chamber 22. The second communication channel 21 d is formed in an L shape so that the second port 21 b communicates with the diaphragm chamber 22, and is open to the outside of the valve seat 24.

(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。
(Valve structure)
FIG. 2 is a sectional view of the diaphragm valve body 4 shown in FIG. In the diaphragm valve body 4, a columnar valve body 41 is connected to the drive unit 3 (see FIG. 1), and contacts or separates from the valve seat 24. A thin film portion 42 is connected to the outer peripheral surface of the valve main body 41, and an outer edge portion 43 is provided thick on the outer edge portion of the thin film portion 42. The valve body 41 is provided with a cylindrical portion 411, a shoulder portion 412 and a neck portion 413 on the same axis. In the present embodiment, the valve body portion 410 is configured by a columnar portion 411 and a shoulder portion 412.

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。   The cylindrical portion 411 has a cylindrical shape and includes a valve seat side end surface 411 a that faces the valve seat 24. The neck portion 413 is connected to the outer peripheral surface 413 a of the thin film portion 42, and has a diameter smaller than that of the columnar portion 411 in order to secure the volume of the diaphragm chamber 22 (see FIG. 1). The neck portion 413 is provided with a male screw portion 413b which is screwed into a female screw portion 35c (see FIG. 1) provided in the shaft 35b. The shoulder portion 412 is interposed between the columnar portion 411 and the neck portion 413 and is provided so as to reduce in diameter toward the neck portion 413 from the columnar portion 411, so that the fluid flowing through the diaphragm chamber 22 (see FIG. 1) is retained. It prevents the generation of turbulent flow. In addition, since the outer diameter of the outer edge 43 can be reduced by reducing the diameter of the neck 413, the valve body 21 can be made compact.

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。   On the valve seat side end surface 411 a of the valve body 41, an annular seal protrusion 414 is provided in an annular shape centering on the axis of the valve body 41. The annular seal protrusion 414 is provided outside a connection position T (hereinafter also referred to as “T portion”) where the outer peripheral surface 413 a of the neck portion 413 is connected to the outer peripheral surface 412 a of the shoulder portion 412. Therefore, the valve body 41 is sealed to the valve seat 24 at a position outside the position where the seal load is applied, and the area (orifice diameter) of the valve seat opening is increased.

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。   The height C of the annular seal protrusion 414 from the valve seat side end surface 411a to the tip of the annular seal protrusion 414 is set so that the annular seal protrusion 414 has rigidity that does not easily fall even when a seal load is applied. In the present embodiment, the height C of the annular seal protrusion 414 is set to the diameter (“diameter of the annular seal portion”) in the radial center position of the annular seal surface 414a (an example of the annular seal portion) when not contacting the valve seat. (Hereinafter also referred to as “width-direction center diameter A”) is set to 1/10.

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。   The annular seal protrusion 414 is provided so as to reduce in diameter from the valve seat side end surface 411a side toward the tip end portion (valve seat side). That is, the inner peripheral surface 414b and the outer peripheral surface 414c of the annular seal protrusion 414 are provided with a taper that increases the inclination from the valve seat side end surface 411a toward the tip. The annular seal protrusion 414 is processed into a flat shape so that the tip thereof is orthogonal to the axis of the valve body 41 to form an annular seal surface 414a. As a result, the annular seal protrusion 414 has a high seal load per unit area on the annular seal surface 414a, prevents fluid leakage, and the annular seal surface 414a is less likely to slip relative to the valve seat surface 24a. Moreover, the drive part 3 becomes compact. The radial width B (hereinafter also referred to as “width B”) of the annular seal surface 414a is set to be 1/100 or more and 1/10 or less of the center A of the annular seal surface 414a in the width direction. It is desirable.

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。   The diaphragm valve body 4 is configured such that the amount of displacement of the annular seal surface 414a in the radial direction is set to 6.175 μm or less, and the annular seal surface 414a is rubbed against the valve seat 24 and is not easily worn. In order to provide this rigidity, the diaphragm valve body 4 has a cylindrical portion 411 (valve seat side end surface 411a) having a large diameter D (hereinafter also referred to as “end surface diameter D”) and a convex portion 416 having an annular seal protrusion. 414 is provided inside.

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。   In addition, the end face diameter D is set to 1.3 times or more of the center A in the width direction, and the diameter expansion width dimension E from the annular seal protrusion 414 to the outer peripheral face 411b of the cylindrical portion 411 is increased. Accordingly, the valve body 41 can easily press the annular seal protrusion 414 perpendicularly to the valve seat surface 24a along the direction in which the drive unit 3 applies a load to the diaphragm valve body 4, and the displacement amount of the annular seal surface 414a can be reduced. Can be suppressed.

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。   Further, the valve body 41 is set such that the axial thickness F at the radial center position of the annular seal surface 414a is 0.7 times or more the width direction central diameter A. As a result, the valve body 41 has a rigidity that suppresses deformation generated from the annular seal surface 414a to the upper side when the seal load is applied to seal the annular seal protrusion 414 to the valve seat 24. Further, the valve main body 41 can widely disperse the load of the driving unit 3 in the valve body 410. In the valve body 41, the wall thickness F may be set to 0.7 times or less of the center A in the width direction as long as the displacement amount of the annular seal surface 414a can be 6.175 μm or less. In this case, the volume of the diaphragm chamber 22 can be expanded to prevent the fluid from staying, and the valve size can be reduced.

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。   The convex portion 416 is formed on the inner side of the annular seal projection 414 on the valve seat side end surface 411a so as to be coaxial with the neck portion 413, and reinforces the valve seat side end surface 411a from the valve seat side. The valve main body 41 has a pressure receiving surface in which the diameter H (hereinafter also referred to as “base end diameter H”) of the base end portion where the convex portion 416 is connected to the valve main body 41 (cylindrical portion 411) receives a load from the driving portion. The convex portion 416 is provided so as to be equal to or greater than the diameter J (hereinafter referred to as “detail diameter J”) of the narrowest portion between the valve seat side end surface. In other words, the convex portion 416 is provided so that the outer peripheral position U (hereinafter also referred to as “U portion”) of the base end portion is located directly below the detail diameter J or outside the detail diameter J in the radial direction. As a result, the valve body 41 is thickened at the portion to which the seal load is applied by the convex portion 416, and the rigidity is increased. Further, the height I of the base end portion connected to the valve body 41 of the convex portion 416 is the height of the annular seal protrusion 414 (the height from the valve seat side end surface 411a to the annular seal surface 414a of the annular seal protrusion 414). C is 0.7 times or more. As a result, the valve main body 41 is thickened at the center and increased in rigidity.

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。   In the valve main body 41, an annular groove 415 is formed between the annular seal protrusion 414 and the convex portion 416 so that the elastic deformation generated in the convex portion 416 is not easily transmitted to the annular seal protrusion 414.

(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。
(Fluid control method using fluid control valve)
Next, a fluid control method using the fluid control valve 1 having the above configuration will be described. For example, the fluid control valve 1 has a first port 21a connected to a chemical supply source and a second port 21b connected to a reaction chamber of a semiconductor manufacturing apparatus.

(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。
(General operation of fluid control valve)
When the fluid control valve 1 is in a standby state in which no chemical is supplied to the wafer, the operation fluid is not supplied to the operation port 33b. In this case, the urging force of the compression spring 36 acts on the diaphragm valve body 4 via the piston 35, and the annular seal protrusion 414 of the diaphragm valve body 4 is in close contact with the valve seat surface 24 a of the valve seat 24 and sealed. At this time, the valve unit 2 blocks between the first port 21a and the second port 21b, and does not supply the chemical solution from the second port 21b to the reaction chamber.

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。   When supplying a chemical to the wafer, the fluid control valve 1 is supplied with an operation fluid to the operation port 33b. When the internal pressure of the second chamber 34 b becomes larger than the urging force of the compression spring 36, the piston 35 moves to the counter valve seat side against the compression spring 36. The diaphragm valve body 4 ascends integrally with the piston 35 and separates the annular seal protrusion 414 from the valve seat surface 24a. As a result, the fluid control valve 1 causes the chemical solution to flow from the first port 21a to the second port 21b in accordance with the stroke of the valve body 41 and to supply the reaction chamber.

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。   When stopping the supply of the chemical solution to the wafer, the fluid control valve 1 exhausts the operation fluid from the operation port 33b. Then, the piston 35 is urged by the compression spring 36 and moves in the valve seat direction, and presses the neck portion 413 of the diaphragm valve body 4 in the valve seat direction. The diaphragm valve body 4 descends integrally with the piston 35, contacts the annular seal surface 414a of the annular seal protrusion 414 with the valve seat surface 24a, and then applies a seal load to the annular seal protrusion 414 to apply the annular seal surface 414a. Is pressed against the valve seat surface 24a. As a result, the fluid control valve 1 enters a standby state.

(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。
(Wear due to deformation of the valve body that occurs when the valve is closed and how to reduce it)
In the fluid control valve 1, the diaphragm valve body 4 has a detail diameter J smaller than the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414a. Therefore, in the diaphragm valve body 4, the point of action for sealing the annular seal surface 414 a against the valve seat surface 24 a is shifted to the outside of the force point of the portion that transmits the driving force of the driving unit 3 to the valve seat side end surface 411 a. . When the diaphragm valve body 4 is in the valve closing operation, the annular seal surface 414a of the annular seal projection 414 is brought into contact with the valve seat surface 24a, and further, a seal load is applied to the annular seal projection 414 by the drive unit 3 to form an annular shape. The sealing surface 414a is pressed against the valve seat surface 24a. In this case, the diaphragm valve body 4 tends to elastically deform the central portion of the valve main body 41 not supported by the valve seat 24 toward the valve seat. The greater the amount of elastic deformation, the more the diaphragm valve body 4 is elastically deformed so as to greatly displace the annular seal surface 414a toward the radially outer side. If the elastic deformation of the annular seal protrusion 414 is large, the amount of the annular seal surface 414a rubbed against the valve seat surface 24a increases and wears easily. The wear of the annular seal surface 414a becomes particles.

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。   However, in this embodiment, in order to reduce the wear of the annular seal surface 414a that occurs when the valve is closed, the diaphragm valve body 4 itself has a shape that can suppress the amount of displacement of the annular seal surface 414a in the radially outward direction. Therefore, the generation of particles itself is suppressed or prevented. Therefore, even if the particles that affect the semiconductor manufacturing become smaller as the semiconductor device is miniaturized, the generation of particles can be suppressed or prevented so as to cope with it.

(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。
(Specific description of a method for reducing the wear of the annular seal surface that occurs when the valve is closed)
In the fluid control valve 1, the annular seal surface 414a is brought into contact with the valve seat surface 24a, and then the annular seal surface 414a is pressed against the valve seat surface 24a to be sealed with a predetermined seal load. The amount of displacement of the surface 414a in the radially outward direction with respect to the valve seat 24 is suppressed. Specifically, the amount of displacement is 6.175 μm or less (12.4 × 10 −4 times or less of the center A in the width direction, or 6.18 × 10 −2 times or less of the width dimension B). It is suppressed. As described above, when the amount of displacement of the annular seal surface 414a is suppressed, the annular seal surface 414a is hardly rubbed and worn by the valve seat surface 24a, so that generation of particles affecting semiconductor manufacturing can be reduced. In addition, by suppressing wear due to deformation of the valve body 41, the sealing performance does not deteriorate even if the valve opening / closing operation is repeated. Thereby, the durability of the fluid control valve 1 is improved. Further, the fluid control valve 1 can reduce the required sealing force and make the drive unit 3 compact. The diaphragm valve body 4 has a shape necessary to realize these.

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。   Since the diaphragm valve body 4 has an end face diameter D that is 1.3 times or more of the center A in the width direction, the rigidity in the vicinity of the valve seat side end face 411a is increased. Therefore, in the diaphragm valve body 4, during the pressing operation, deformation of the valve seat side end surface 411a is suppressed, and the annular seal protrusion 414 is hardly pulled by the valve seat side end surface 411a. Accordingly, the diaphragm valve body 4 is less likely to be deformed so that the annular seal protrusion 414 is displaced from the valve seat surface 24a during the pressing operation, and wear of the annular seal surface 414a is reduced. Therefore, the fluid control valve 1 can reduce wear of the annular seal surface 414a due to deformation of the diaphragm valve body 4 (valve body 41) that occurs when the valve is closed, and can suppress or prevent generation of particles.

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。   Further, since the diaphragm valve body 4 has a diameter of the narrowest portion in the valve main body 41, that is, a detailed diameter J, smaller than the central diameter A in the width direction, the valve seat side end surface 411a is located on the inner side of the annular seal protrusion 414 on the valve seat. It is pushed to the 24 side. However, in the fluid control valve 1, since the amount of displacement of the annular seal surface 414a in the radial direction is suppressed, wear of the annular seal surface 414a can be reduced and generation of particles can be reduced.

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。   The diaphragm valve body 4 receives a load from the drive unit 3 because the axial thickness F at the radial center position of the annular seal surface 414a is 0.7 times or more the width direction central diameter A. The deformation that occurs is started to be dispersed at a position away from the valve seat side end surface 411a. Therefore, deformation in the vertical direction is likely to occur near the valve seat side end surface 411a. Therefore, according to the fluid control valve 1 of the present embodiment, the annular seal surface 414a can be easily pressed perpendicularly to the valve seat surface 24a, and the amount of displacement of the annular seal surface 414a in the radial direction can be suppressed.

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。   Further, the diaphragm valve body 4 has the convex portion 416 protruding from the valve seat side end surface 411a to the valve seat 24 side on the inner side of the annular seal protrusion 414, and therefore the rigidity of the portion receiving the load from the drive unit 3 is high. The side end surface 411a is not easily deformed so that the inner portion of the annular seal protrusion 414 protrudes toward the valve seat 24 side. Therefore, in the fluid control valve 1, the annular seal protrusion 414 is not easily bent due to the deformation of the valve seat side end surface 411a, and the displacement amount of the annular seal surface 414a can be suppressed.

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。   In particular, since the convex portion 416 has a base end portion diameter H equal to or greater than the detailed diameter J, the convex portion 416 supports the entire load received from the drive unit 3 and hardly deforms the valve body 41 in the radially outward direction. Therefore, the fluid control valve 1 can suppress the deformation of the valve seat side end surface 411a and reduce the displacement amount of the annular seal surface 414a.

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。   Further, the convex portion 416 has a height I from the base end portion to the distal end surface 416a that is 0.7 times or more than the height C from the valve seat side end surface 411a to the annular seal surface 414a. A groove 415 is formed deeply. Thereby, the deformation is hardly transmitted from the convex portion 416 to the annular seal protrusion 414. Therefore, during the pressing operation, the annular seal surface 414a is unlikely to be displaced with respect to the valve seat surface 24a, and is not easily worn. Therefore, the fluid control valve 1 can reduce wear caused by deformation of the diaphragm valve body 4 that occurs when the valve is closed.

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。   As described above, the fluid control valve 1 and the fluid control method can reduce wear caused by deformation of the diaphragm valve body 4 that occurs when the valve is closed. Since the fluid control valve 1 reduces slight wear caused by the deformation of the diaphragm valve body 4 that occurs when the valve is closed, the generation of fine particles can be suppressed or prevented.

(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。
(Effectiveness confirmation test)
The inventors made (a) the effect given by the end face diameter D, (b) the effect given by the thickness F, (c) the effect given by the convex part, and (d) the annular concave groove with respect to the displacement amount of the annular seal surface (E) the effect given by the base end diameter H, (f) the effect given by the convex height I, (g) the effect given by the combination of the end face diameter D and the wall thickness F, and (h) the convex A test was conducted to examine the effect of the combination with the end face diameter D, and (i) the effect of the combination of the convex portion, the thickness F, and the height G.

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。   For the effect confirmation test, Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 13 having different shapes as shown in FIG. 3 were used. FIG. 3 is a table showing the setting conditions of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 13 used in the effect confirmation test. 4 to 6 are sectional views showing the valve body 104 of the tenth embodiment, the valve body 204 of the first embodiment, and the valve body 304 of the second embodiment. In addition, Example 4 is corresponded to the said diaphragm valve body 4 (refer FIG. 2). In the following description and the drawings to be cited, among the configurations of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3 and 5 to 13, the configurations common to the diaphragm valve body 4 of Example 4 are denoted by the same reference numerals as in FIG. The description is omitted as appropriate. In the following description, “diaphragm valve element 4” is also referred to as “valve element 4”.

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。 In the effect confirmation test, analysis software made by Dassault Systemes Solid Works Corp. was used. In the test, for Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 13, the pressure until the annular seal surface 414a is pressed against the valve seat surface 24a with a seal load of 50 N after the annular seal surface 414a starts to contact the valve seat 24. During operation, the valve body 841, 1441, 1541, 241, 341, 441, 41, 541, 641, 1043, 1141, 741, 141, 1242, 1342 set to a physical property elastic modulus of 500 MPa and a density of 2200 kg / m 3 . The amount of displacement generated by 943 was analyzed. The analysis results are shown in FIGS. FIG. 23 shows Comparative Examples 1 to 3 and the implementation when the displacement amount of the annular seal surface 414a in Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 13 and the displacement amount of the annular seal surface 414a of Example 10 is 100%. The table | surface which shows the ratio of the displacement amount of the annular seal surface 414a of Examples 1-13, the ratio of the displacement amount of the annular seal surface 414a with respect to the width direction center diameter A, and the ratio of the displacement amount of the annular seal surface 414a with respect to the width dimension B. It is.

<(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。
<(A) Effect of end surface diameter D on the amount of displacement of the annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Comparative Examples 1 and 2 and Examples 7 and 10 that differ only in the end face diameter D are compared. As shown in FIGS. 3 and 4, in Example 10, the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414 a is 5.0 mm, the width dimension B of the annular seal surface 414 a is 0.1 mm, and the height of the annular seal protrusion 414 is. C was set to 0.5 mm. In Example 10, the end face diameter D was set to 6.5 mm which is 1.30 times the width direction central diameter A. In Example 10, the diameter expansion width dimension E from the connection position S (hereinafter also referred to as “S part”) where the outer peripheral surface 414 c of the annular seal protrusion 414 is connected to the valve seat side end surface 411 a to the outer peripheral surface 411 b of the columnar part 1411. Was set to 0.25 mm. In Example 10, the axial thickness F at the center position in the radial direction of the annular seal surface 414a was set to 3.7 mm. In Example 10, the height G from the annular seal surface 414a to the upper end position V of the cylindrical portion 1411 was set to 2.65 mm. Furthermore, in Example 10, the detail diameter J was set to 4 mm. In addition, the comparative example 1 is not provided with a convex part or an annular groove.

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。   On the other hand, as shown in FIG. 3, Comparative Examples 1 and 2 and Example 7 are configured in the same manner as Example 10 except for the end face diameter D and the expanded width dimension E. The end face diameter D of Comparative Example 1 is 6.0 mm, which is 1.2 times the width direction central diameter A. The diameter expansion width dimension E of Comparative Example 1 is 0 mm. The end face diameter D of Comparative Example 2 is 6.25 mm, which is 1.25 times the center A in the width direction. The expanded width dimension E of Comparative Example 2 is 0.125 mm. The end face diameter D of Example 7 is 7.5 mm, which is 1.5 times the width direction central diameter A. The expanded width dimension E of Example 7 is 0.75 mm.

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。   In FIG. 7, the displacement amount analysis result of the comparative example 1 is shown. As indicated by X86 and X88 in the figure, in the valve main body 841 of Comparative Example 1, the displacement amount of the cylindrical portion 843 is large from the central portion toward the radially outer side. The cylindrical portion 843 is larger as the change rate of the displacement amount is closer to the outer peripheral surface 411b. The cylindrical portion 843 increases as the displacement amount of the upper portion of the annular seal protrusion 414 in the drawing approaches the annular seal protrusion 414. Therefore, as shown by Y11 in the figure, the comparative example 1 is deformed so that the cylindrical portion 843 is crushed by the load of the driving portion 3 during the pressing operation and the valve seat side end surface 843a side is expanded radially outward. I understand that. In Comparative Example 1, as indicated by X85 and X86 in the figure, the difference between the displacement amount at the center portion of the valve seat side end surface 843a and the displacement amount at the outer edge portion is large. Therefore, the valve seat side end face 843a of Comparative Example 1 is curved and deformed so that the center part protrudes convexly toward the valve seat side and the outer edge part rises toward the counter valve seat side, as indicated by Y12 in the figure. Then, it can be seen that the annular seal protrusion 414 is pressed against the valve seat surface 24a so as to be pushed outward in the radial direction.

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。 And as shown to X81-X85 of FIG. 7, the comparative example 1 has the displacement amount of Q part of the annular seal protrusion 414, R part, and S part larger than the displacement amount of P part. Therefore, it can be seen that in the comparative example 1, the annular seal protrusion 414 is bent and deformed so as to expand the distal end portion in the radially outward direction during the pressing operation. As shown in FIG. 23, in Comparative Example 1, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 9.428 μm. The amount of displacement is 18.90 × 10 −4 times the width direction center diameter A or 9.43 × 10 −2 times the width dimension B of the annular seal surface 414a.

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。 In FIG. 8, the displacement amount analysis result of the comparative example 2 is shown. In the valve main body 1441 of Comparative Example 2, as shown by X146 and X148 in the figure, the displacement amount of the cylindrical portion 1442 is large from the central portion toward the radially outer side. The rate of change of the displacement is smaller than that of Comparative Example 1. This is presumably because Comparative Example 2 has a larger diameter expansion width dimension E and higher rigidity than Comparative Example 1, so that the deformation of the central portion is not easily transmitted in the radially outward direction. However, in Comparative Example 2, as indicated by X146 and X145 in the figure, the difference in displacement amount between the center portion of the valve seat side end surface 1442a and the outer edge portion is large as in Comparative Example 1. Therefore, it can be seen that in Comparative Example 2, the valve seat side end surface 1442a is greatly deformed in the same manner as in Comparative Example 1. Further, as shown by X141 to X144 in the figure, in Comparative Example 2, the displacement amount of the Q part, the R part, and the S part is larger than that of the P part, and like the comparative example 1, the annular seal protrusion 414 is outside the tip part. It turns out that it bends and deforms so as to widen in the direction. As shown in FIG. 23, in Comparative Example 2, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 7.233 μm. The amount of displacement is 14.47 × 10 −4 times the width direction center diameter A and 7.23 × 10 −2 times the width dimension B of the annular seal surface 414a.

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。   In FIG. 19, the displacement amount analysis result of Example 10 is shown. In the valve main body 141 of the tenth embodiment, as indicated by X17 and X18 in the figure, the amount of displacement increases from the center of the cylindrical portion 1411 toward the radially outer side. The change rate of the displacement amount is suppressed as in Comparative Example 2. And as for Example 10, as shown to X15-X18 in a figure, the difference of the displacement amount of the center part of the valve seat side end surface 1411a and an outer edge part is smaller than the comparative example 2. FIG. Therefore, in Example 10, it can be seen that the deformation of the valve seat side end surface 1411a is suppressed and the annular seal protrusion 414 is easily pressed against the valve seat surface 24a as compared with Comparative Example 2.

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。 Further, as shown by X11 to X14 in FIG. 19, the displacement amount of the P part, the Q part, and the S part is smaller in the tenth embodiment than in the first and second comparative examples. Therefore, it can be seen that in Example 10, compared to Comparative Examples 1 and 2, the annular seal protrusion 414 is less likely to be deflected radially outward, and displacement on the inner peripheral side of the annular seal surface 414a can be suppressed. As shown in FIG. 23, in Example 10, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.175 μm. The amount of displacement is 12.40 × 10 −4 times the width direction center diameter A or 6.18 × 10 −2 times the width dimension B of the annular seal surface 414a.

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。 In FIG. 16, the displacement amount analysis result of Example 7 is shown. In the valve body 1043 of the seventh embodiment, as indicated by X106 and X108 in the figure, the amount of change increases from the center of the cylindrical portion 411 toward the radially outer side. The rate of change is smaller than Example 10. Moreover, in the cylindrical portion 411, the displacement amount changes substantially concentrically around the axis. Therefore, in Example 7, it can be seen that the cylindrical portion 411 is deformed in the vertical direction during the pressing operation, and the annular seal protrusion 414 is easily pressed vertically to the valve seat surface 24a. In the seventh embodiment, as indicated by X101 to X104 in the figure, the displacement amounts of the P portion, the Q portion, the R portion, and the S portion are smaller than those of the tenth embodiment. Therefore, it can be seen that in Example 7, the annular seal protrusion 414 is less likely to bend so that the distal end portion is expanded in the radially outward direction, and the amount of displacement between the Q portion and the R portion is reduced. As shown in FIG. 23, in Example 7, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 4.887 μm. The amount of displacement is 9.77 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction, or 4.89 × 10 −2 times the width dimension B of the annular seal surface 414a.

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。   FIG. 25 is a graph showing the relationship between the ratio (D / A) of the end surface diameter D to the center diameter A in the width direction and the amount of displacement of the annular seal surface 414a. In Comparative Example 1 in which D / A is 1.2, the displacement amount of the annular seal surface 414a generated during the pressing operation is 9.428 μm. In Comparative Example 2 where D / A is 1.25, the amount of displacement of the annular seal surface 414a that occurs during the pressing operation is 7.233 μm. In Example 10 in which D / A is 1.30, the amount of displacement of the annular seal surface 414a generated during the pressing operation is 6.175 μm. In Example 7 in which D / A is 1.5, the displacement amount of the annular seal surface 414a generated during the pressing operation is 4.887 μm. Accordingly, the rate of decrease in the amount of displacement of the annular seal surface 414a suddenly becomes mild when the end surface diameter D is 1.3 times or more the width direction center diameter A. This is because when the end face diameter D is 1.3 times or more and the expanded diameter dimension E is increased, the wall having a thickness necessary to support the deformation in the radially outward direction generated at the center of the cylindrical portion is an annular seal. It is thought that it is formed outside the protrusion 414 and the rigidity of the valve body is increased. Therefore, the end face diameter D is preferably 1.3 times or more with respect to the center A in the width direction.

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。   Here, the inventors produced the valve body 104 shown in FIG. 4 based on Example 10, and performed a particle test on the valve body 104. In this particle test, as a pretreatment, an evaluation valve (valve equipped with a valve body 104) is installed in a line through which pure water flows, and evaluation is performed while flowing pure water at 1,000 mL / min for 3 hours with the valve fully open. The valve was flushed. After that, an evaluation valve is installed in the line where pure water flows, a particle counter is installed downstream of the evaluation valve, the seal load of the evaluation valve is set to 50 N, and the evaluation valve is opened and closed 15,000 times over 600 minutes. While operating, pure water of 1,000 mL / min was allowed to flow, and 75 mL / min of pure water that passed through the evaluation valve was passed through the particle counter. With a particle counter, the integrated value of the number of particles of 20 nm or more was measured every 1 minute, and the particle value contained per 1 mL was measured from the integrated value during 15,000 valve opening / closing operations. The particle test result of the evaluation valve equipped with the valve body 104 is shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 24, the valve body 104 measured 17.78 particles per mL during the particle test.

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。   On the other hand, the inventors also performed a particle test on an unmeasured sample in which the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.175 μm or more and 9 μm or less. Since the test method is the same as described above, the description is omitted. As a result, the number of particles measured during the particle test for the sample was 797.8. From these particle tests, it was found that when the amount of displacement of the annular seal surface 414a exceeds 6.175 μm, the amount of generated particles increases rapidly. Therefore, the valve body can effectively reduce the generation amount of particles by setting the displacement amount of the annular seal surface 414a to 6.175 μm or less.

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。   The inventors took a photomicrograph of the annular seal surface 414a for the valve element 104 after the particle test. When the magnification of the photomicrograph was set to 500, the valve body 104 was confirmed to have burrs in the Q portion of the annular seal surface 414a and no burrs in the R portion of the annular seal surface 414a. The burr is not generated in the R portion of the annular seal surface 414a because the burr generated in the R portion is caught between the annular seal surface 414a and the valve seat surface 24a when the annular seal surface 414a moves in the radially outward direction. It is thought to be licked.

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。   Furthermore, the inventors increased the magnification of the micrograph from 500 times to 2000 times, and confirmed the state near the Q portion. It can be seen that the valve element 104 has fine wrinkles as indicated by Z1 in FIGS. 26 and 27 and fine scratches as indicated by Z2 in the drawings. Further, it can be seen that the valve body 104 is generated such that the burr is pulled out from the Q portion of the annular seal surface 414a to the inner peripheral surface 414b side as shown by Z3 in the drawing. As a result, when the valve opening / closing operation is started, the annular seal surface 414a rubs the Q portion against the valve seat to create a small scratch, and the scratch is rolled up while the valve opening / closing operation is repeated to become a burr. These burrs are considered to be separated from the annular seal surface 414a into particles. Therefore, if the annular seal protrusion 414 is prevented from being deformed so as to displace the annular seal surface 414a in the radial direction, the wear of the Q portion is reduced, and particles that can be measured by the particle counter, as well as fine particles that cannot be measured by the particle counter. It is thought that the generation of small particles can be reduced.

<(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。
<(B) Effect of wall thickness F on the amount of displacement of the annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Comparative Example 3, Example 2, and Example 7 which are different only in the thickness F are compared. In Comparative Example 3, the axial thickness F at the center position of the annular seal protrusion 414 is set to 3 mm, which is 0.6 times the center diameter A (5 mm) in the width direction of the annular seal surface 414a. In Example 7, the axial thickness F at the center position of the annular seal projection 414 is set to 3.7 mm, which is 0.74 times the center diameter A (5 mm) in the width direction of the annular seal surface 414a. Yes. In Example 2, the axial thickness F at the center position of the annular seal protrusion 414 is set to 4.5 mm, which is 0.9 times the center diameter A (5 mm) in the width direction of the annular seal surface 414a. Yes. The valve bodies 1541, 341, and 1043 of Comparative Example 3, Example 2, and Example 7 have the same height G, and the thickness F is adjusted by the shoulders 1542, 3411, and 412. .

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。 FIG. 9 shows the displacement amount analysis result of Comparative Example 3. As indicated by X156 and X158 in the figure, in the valve main body 1541 of the comparative example 3, the displacement amount of the valve body portion 1540 is large from the central portion toward the radially outer side. As indicated by X158 in the figure, the valve body 1540 has a larger displacement amount in the upper part of the annular seal protrusion 414 in the figure as it approaches the annular seal protrusion 414. Further, the valve main body 1541 has a large difference in displacement between the center portion of the valve seat side end surface 411a and the outer edge portion. Therefore, it can be seen that in Comparative Example 3, the cylindrical portion 411 is deformed so that the valve seat side end surface 411a side expands radially outward during the pressing operation, and it is difficult to press the annular seal protrusion 414 perpendicularly to the valve seat surface 24a. . And as shown to X151-X154 in a figure, it turns out that the annular seal protrusion 414 has a larger displacement amount on the outer peripheral surface 414c side than the inner peripheral surface 414b side, and bends so that the tip end portion is expanded radially outward. . As shown in FIG. 23, in the comparative example 3, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.449 μm. The amount of displacement is 12.90 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414 a or 6.45 × 10 −2 times the width dimension B.

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。 As indicated by X108 in FIG. 16, in the valve main body 1043 of the seventh embodiment, the amount of displacement of the upper portion of the annular seal protrusion 414 in the figure changes concentrically around the axis. Therefore, in the valve main body 1043, the valve body portion 1042 is easily deformed in the vertical direction, and the annular seal protrusion 414 is easily pressed perpendicularly to the valve seat surface 24a. Further, as shown by X101 to X104 in the figure, in Example 7, the displacement amount of the P part, the Q part, the R part, and the S part is smaller than that of the comparative example 3. Therefore, Example 7 is more difficult to bend than Comparative Example 3. As shown in FIG. 23, in Example 7, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 4.887 μm. The amount of displacement is 9.77 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414 a or 4.89 × 10 −2 times the width dimension B.

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。 FIG. 11 shows the displacement amount analysis result of the second embodiment. As shown by X36 and X38 in the figure, in the valve main body 341 of the second embodiment, the amount of deformation of the upper portion of the annular seal protrusion 414 in the figure is changed more concentrically around the axis than in the seventh embodiment. Further, as indicated by X31 and X32 in the figure, the second embodiment has a smaller deformation amount of the P portion and the Q portion of the annular seal protrusion 414 than the seventh embodiment. Therefore, compared with Example 7, Example 2 is easy to deform | transform the cylindrical part 411 and the cyclic | annular seal protrusion 414 to a perpendicular direction. As shown in FIG. 23, in Example 2, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 4.037 μm. The amount of displacement is 8.07 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414a or 4.04 × 10 −2 times the width dimension B.

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。   Therefore, even if the valve body is increased by the thickness F, the amount of displacement of the annular seal surface 414a can be suppressed. This is presumably because when the thickness of the valve body F is large, the load received from the drive unit 3 is dispersed at a position away from the end face on the valve seat side, and is easily applied in the valve seat direction (vertical direction).

<(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。
<(C) About the effect which a convex part has with respect to the displacement amount of an annular seal surface>
As shown in FIG. 3, the valve body 204 of Example 1 and the valve body 104 of Example 10 which differ only in the presence or absence of the convex part 416 are compared. The first embodiment is different from the tenth embodiment only in that a convex portion 416 is provided. Since Example 10 has been described above, a description thereof will be omitted. As for the convex part 416 of Example 1, the base end part diameter H is 4 mm. Further, the height I from the front end surface 416a to the valve seat side end surface 1411a of the convex portion 416 is 0.5 mm, which is the same as the height C of the annular seal protrusion 414.

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。 The displacement amount in the vicinity of the P portion to the S portion in the first embodiment shown in X21 to X24 in FIG. 10 is smaller than the displacement amount in the vicinity of the P portion to the S portion in the tenth embodiment shown in X11 to X14 in FIG. It can be seen that the deformation of the annular seal protrusion 414 is smaller than that in Example 10. As shown in FIG. 23, in Example 10, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.175 μm. The amount of displacement is 6.18 × 10 −2 times the width dimension B of the annular sealing surface 414a or 12.40 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction. On the other hand, in Example 1, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 5.064 μm. The amount of displacement is 5.06 × 10 −2 times the width dimension B of the annular seal surface 414a or 10.10 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction. Therefore, Example 1 is provided with the convex part 416, whereby the displacement amount of the annular seal surface 414a is suppressed to 82% with respect to the displacement amount of the annular seal surface 414a of Example 10.

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。   In the first embodiment, the displacement amount above the P portion of the annular seal protrusion 414 (X26 in FIG. 10) is smaller than the displacement amount above the P portion in the tenth embodiment (see X16 in FIG. 19). Further, in Example 1, as indicated by X26 and X27 in FIG. 10, the displacement amount is changed concentrically around the axis as compared with Example 10. Therefore, it can be seen that in Example 1, the vicinity of the valve seat side end surface 1411a of the valve body 241 is less likely to be deformed in the radially outward direction than in Example 10 (easily deformed in the vertical direction to which a seal load is applied).

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。   Therefore, in the first embodiment, by providing the convex portion 416, the valve seat side end surface 1411a is deformed so as to bend toward the valve seat side, and the annular seal protrusion 414 is deformed so as to bend in the radially outward direction. It is possible to suppress the amount of displacement of the annular seal surface 414a. This is probably because the cylindrical portion 1411 is reinforced at the center by the convex portion 416 and the rigidity is increased in the first embodiment compared to the tenth embodiment.

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。   The inventors produced the valve body 204 shown in FIG. 5 based on Example 1, and performed a particle test on the valve body 204. The test results are shown in FIG. Since the particle test method is the same as that of the above-described particle test, the description is omitted.

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。   As shown in FIG. 24, the number of particles measured by the valve body 204 during the particle test was 4.44 per mL. Therefore, the valve body 204 is less likely to generate particles than the valve body 104. Further, the number of particles measured in the particle test of the valve body 204 was as small as a quarter of that of the valve body 104. Therefore, the valve body 204 can reduce the amount of particles by including the convex portion 416.

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。   The inventors took a photomicrograph of the annular seal surface 414a for the valve element 204 after the particle test. When the magnification of the photomicrograph was set to 500, no burr was observed in the Q part and the R part of the annular seal surface 414a. Furthermore, the inventors increased the magnification of the micrograph from 500 times to 2000 times, and confirmed the state of the valve body 204 near the Q portion of the annular seal surface 414a. A micrograph of the valve body 204 and an image thereof are shown in FIGS. As shown by Z4 in FIGS. 28 and 29, the valve body 204 is not confirmed to have any wrinkles, scratches or burrs in the Q portion of the annular seal surface 414a. On the contrary, the valve body 204 is in a state where the irregularities on the surface of the Q portion are familiar. Therefore, it is considered that the valve body 204 can suppress or prevent the generation of fine particles that cannot be measured by the particle counter as well as the particles that can be measured by the particle counter.

<(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。
<(D) Effect of annular concave groove on displacement amount of annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Examples 8 and 9 that differ only in the presence or absence of the annular groove 415 are compared. In the eighth embodiment, an annular concave groove 1144 is formed between the convex portion 1143 and the annular seal protrusion 414. The convex portion 1143 is formed with a base end diameter of 4 mm and a height I of 0.4 mm. In Example 9, an annular groove is not formed between the convex portion 7416 and the annular seal protrusion 414. The height I of the convex portion 7416 is the same as that of the convex portion 1143.

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。 In FIG. 18, the displacement amount analysis result of Example 9 is shown. As indicated by X76, in the valve main body 741, the deformation generated in the radially outward direction at the convex portion 7416 is directly transmitted to the annular seal protrusion 414. Therefore, as indicated by X71 to X74 in the figure, the annular seal protrusion 414 is pushed out radially by the convex portion 7416. As shown in FIG. 23, in Example 9, the amount of displacement of the annular seal surface 414a is 4.302 μm. The amount of displacement is 8.60 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414 a or 4.30 × 10 −2 times the width dimension B.

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。 In FIG. 17, the displacement amount analysis result of Example 8 is shown. In the valve main body 1141, the deformation generated in the radially outward direction at the convex portion 1143 is not easily transmitted from the annular concave groove 1144 to the annular seal protrusion 414. Therefore, as indicated by X111 to X115 in the drawing, the annular seal protrusion 414 mainly deforms in the vertical direction, and presses the annular seal surface 414a in the substantially vertical direction against the valve seat surface 24a. As shown in FIG. 23, in Example 8, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 3.736 μm. The amount of displacement is 7.47 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414a or 3.74 × 10 −2 times the width dimension B.

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。   As described above, the valve body can suppress the amount of displacement of the annular seal surface in the radially outward direction from the valve body including only the convex portion by forming the annular concave groove between the convex portion and the annular seal protrusion.

<(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。
<(E) Effect of proximal end diameter H on the amount of displacement of the annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Example 1 and Example 13 which differ only in the base end part diameter H are compared. In Example 1, the base end portion diameter H of the convex portion 416 is set to 4 mm which is the same as the detail diameter J. In Example 13, the base end portion diameter H of the convex portion 944 is set to 2 mm, which is smaller than the detail diameter J (4 mm). The annular groove 415 of the first embodiment is provided wider than the annular groove 945 of the thirteenth embodiment.

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。 In FIG. 22, the displacement amount analysis result of Example 13 is shown. As indicated by X96 in the figure, the valve main body 943 is deformed in the valve seat direction within the range of the convex portion 944. However, as indicated by X97 in the figure, the valve body 943 is deformed in the radially outward direction at a portion outside the convex portion 944 and inside the outer peripheral surface 413a of the neck portion 413. The deformation is directly transmitted to the outer peripheral surface 411b of the cylindrical portion 1411 through the upper portion of the annular seal protrusion 414 in the drawing, as indicated by X98 in the drawing. As indicated by X91 to X94 in the figure, the annular seal protrusion 414 has a larger deformation amount on the outer peripheral surface 414c than on the inner peripheral surface 414b. As shown in FIG. 23, in Example 13, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.162 μm. This amount of displacement is 12.30 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414 a or 6.16 × 10 −2 times the width dimension B.

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。 On the other hand, as shown in FIG. 10, the displacement amount of the first embodiment is changed concentrically around the axis of the valve body 241 as a whole as compared with the thirteenth embodiment. As shown by X21 to X26 in the figure, the valve body 204 has a smaller deformation amount than that of the thirteenth embodiment outside the P portion of the annular seal protrusion 414. And as shown to X21-X24, as for the valve body 204, the deformation amount of P part, Q part, R part, and S part is smaller than Example 13. FIG. As shown in FIG. 23, in Example 1, the amount of displacement of the annular seal surface 414a is 5.064 μm. The amount of displacement is 10.10 × 10 −4 times the width direction center diameter A of the annular seal surface 414a and 5.06 × 10 −2 times the width dimension B.

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。   Therefore, the valve body can suppress the amount of displacement of the annular seal surface by setting the base end diameter H to the detail diameter J or more. This is considered because the convex part 416 can support the whole load of a drive part and can disperse | distribute widely.

<(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。
<(F) Effect of convex portion height I on the amount of displacement of the annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Examples 1, 11, and 12 that differ only in the height I of the convex portion are compared. In Example 1, the height I of the convex portion 416 is 0.5 mm, which is the same as the height C of the annular seal protrusion 414. In Example 11, the height I of the convex portion 1243 is 0.35 mm, which is 0.7 times the height C of the annular seal protrusion 414. In Example 12, the height I of the convex portion 1343 is 0.3 mm, which is 0.6 times the height C of the annular seal protrusion 414. 10, 20, and 21 show the displacement analysis results of Examples 1, 11, and 12. FIG.

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。   As shown in X26 and X27 of FIG. 10, in the first embodiment, the deformation of the convex portion 416 is blocked by the annular concave groove 415 and is not easily transmitted to the annular seal projection 414, and the annular seal projection 414 is deformed mainly in the vertical direction. Yes. On the other hand, as shown by X126 and X128 in FIG. 20 and X138 in FIG. 21, in the examples 11 and 12, the deformation of the convex portions 1243 and 1343 in the radial direction exceeds the annular concave grooves 1244 and 1344, and the annular seal. It is easy to be transmitted to the upper part of the projection 414 in the figure. Further, as shown by X123 in FIG. 20, in the eleventh embodiment, the displacement amount of the R portion is larger than that in the first embodiment. Further, as shown by X133 in FIG. 21, the displacement amount of the outer peripheral surface 414c of the annular seal protrusion 414 is larger in the thirteenth embodiment than in the first and tenth embodiments. As shown in FIG. 23, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 5.064 μm in Example 1, 5.644 μm in Example 11, and 5.678 μmm in Example 12. Therefore, as the height I of the convex portion 416 is higher, the displacement amount of the annular seal surface 414a is suppressed. This is considered to be because as the height I is higher, the deformation is widely dispersed at the convex portion, and the amount of deformation transmitted to the annular seal surface 414a can be suppressed. Further, it is considered that the annular concave groove is formed deeply and the deformation of the convex portion is hardly transmitted to the annular seal protrusion.

<(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。
<(G) Effect of combination of end face diameter D and wall thickness F on the amount of displacement of the annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Examples 2 and 3 having different end face diameters D and wall thicknesses F are compared. In Example 2, the end face diameter D is 7.5 mm, and the wall thickness F is 4.5 mm. On the other hand, Example 3 has an end face diameter D of 8.5 mm and a wall thickness F of 5.4 mm. 11 and 12 show the displacement amount analysis results of Examples 2 and 3. FIG.

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。 In the third embodiment, the displacement amounts of the P portion, the Q portion, the R portion, and the S portion shown in X41 to X44 in FIG. 12 are smaller than those in the second embodiment (see X31 to X35 in FIG. 11), and the annular seal protrusion 414 is obtained. Is deformed vertically. Further, in the valve body portion 440 of the third embodiment, the amount of displacement changes in a circular shape around the axis, as compared with the valve body portion 340 of the second embodiment. As shown in FIG. 23, in Example 2, the displacement of the annular seal surface 414a was 4.037 μm. The amount of displacement is 8.07 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414a or 4.04 × 10 −2 times the width dimension B. On the other hand, in Example 3, the displacement amount of the annular seal surface 414a was 3.224 μm. The amount of displacement is 6.45 × 10 −4 times the center diameter A in the width direction of the annular seal surface 414 a or 3.22 × 10 −2 times the width dimension B.

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。   Therefore, in the third embodiment, the deformation of the cylindrical portion 4411 and the valve seat side end surface 4411a is smaller than in the second embodiment, and the annular seal protrusion 414 can be pressed perpendicularly to the valve seat surface 24a. Further, in the third embodiment, the annular seal protrusion 414 is pressed perpendicularly to the valve seat surface 24a and is not easily deformed as compared with the second embodiment, and the amount of displacement of the annular seal surface 414a is suppressed. This is because the end face diameter D and the wall thickness F are larger in the third embodiment than in the second embodiment, so that the load of the drive unit 3 is widely dispersed at a position away from the valve seat side end face 4411a, and the annular seal protrusion 414 is It is thought that it can be pressed vertically against the seat 24.

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。   The inventors produced valve bodies 304 and 404 based on Examples 2 and 3, and performed a particle test. Since the particle test method is the same as that of the particle test described above, the description thereof is omitted. The results of this particle test are shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 24, the number of particles measured by the valve body 304 during the particle test was 2.22 per mL. The number of particles is reduced to about 1/9 of that in Example 10. On the other hand, as shown in FIG. 24, particles were not measured in the valve body 404 during the particle test. Therefore, the larger the end face diameter D and the wall thickness F of the cylindrical portion 411, the greater the effect of suppressing particles. This is because the rigidity is increased.

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。   In addition, the inventors took a photomicrograph of the annular sealing surface 414a at a magnification of 2000 times for the valve bodies 304 and 404 for which the particle test was completed. In the valve bodies 304 and 404, no burr was confirmed on the annular seal surface 414a. The valve body 404 had a smoother Q surface than the valve body 304. This is presumably because the valve body 404 is licked by pressing the annular seal protrusion 414 in the vertical direction from the valve body 304.

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。   Therefore, it can be considered that the larger the end face diameter D and the wall thickness F of the valve body, the smaller or smaller the generation of fine particles that cannot be measured by the particle counter as well as the particles that can be measured by the particle counter.

<(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。
<(H) About the effect which the combination of a convex part and the end surface diameter D has on the displacement amount of an annular seal surface>
By the way, as in the third embodiment, when the end face diameter D is increased, the diaphragm chamber 22 becomes wider, and the valve body 21 becomes larger. In addition, since the fluid pressure acting on the valve seat side end surface 4411a is increased, the drive unit is increased in order to increase the seal load. On the other hand, when the wall thickness F is large, a staying portion is easily formed in the diaphragm chamber 22. In addition, since the diaphragm chamber 22 becomes wider, the valve body 21 becomes larger. Therefore, as shown in FIG. 3, the inventors analyzed the displacement amount of Example 4 in which the end face diameter D and the wall thickness F are smaller than those of Example 3 and provided with a convex portion 416. The displacement amount analysis result of the valve body 4 of Example 4 is shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 3, Example 3 has an end face diameter D of 8.5 mm, a wall thickness F of 5.4 mm, and does not include a convex portion. On the other hand, Example 4 has an end face diameter D of 7.5 mm, a wall thickness F of 4.5 mm, and a convex portion 416. 12 and 13 show the displacement amount analysis results of Examples 3 and 4. FIG.

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。   As shown in FIG. 13, the valve main body 41 of the fourth embodiment has a convex portion 416 that has a central portion with increased rigidity, and the central portion is less likely to deform radially outward than the third embodiment (see FIG. 12). And as shown to X6 and X7 of FIG. 13, even if the convex part 416 deform | transforms into an outer diameter direction, the deformation | transformation is not easily transmitted to the annular seal protrusion 414 by the annular recessed groove 415. Further, as shown in X1 to X4 of FIG. 13, the valve body 41 of the fourth embodiment has a displacement amount of the P portion, the Q portion, the R portion, and the S portion of the annular seal protrusion 414 according to the third embodiment (X41 in FIG. 12). To X44). As shown in FIG. 23, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 3.687 μm. In Example 3, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 3.224 μm.

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。   As described above, even though the end face diameter D is about 0.88 times that of Example 3 and the wall thickness F is about 0.83 times that of Example 3, the convex portion 416 is formed in Example 4. By providing the annular concave groove 415, the amount of displacement of the annular seal surface 414a is made substantially the same as in the third embodiment. Therefore, compared with Example 3, Example 4 can make the drive part 3 and the valve body 21 compact. Thereby, in Example 4, the displacement amount of the annular seal surface 414a can be suppressed, wear can be reduced, particles can be suppressed, and the valve size can be made compact. Further, since the fourth embodiment suppresses the deterioration of the valve main body 41, the initial sealing force can be maintained for a long period of time, and the valve maintenance interval can be widened.

<(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。
<(I) About the effect which the combination of a convex part, the thickness F, and height G gives to the displacement amount of an annular seal surface>
As shown in FIG. 3, Examples 4, 5, and 6 having different thicknesses F and heights G are compared. In Examples 4, 5, and 6, the position of the T portion and the convex portion 416 and the annular concave groove 415 are similarly provided. In Examples 4, 5, and 6, the thickness F is adjusted according to the height G and the inclination angles of the shoulder portions 412, 543, and 643. In Example 4, the wall thickness F is 4.5 mm which is 0.9 times the center diameter A (5 mm) in the width direction of the annular seal surface 414a. In Example 4, the height G is 2.65 mm. In Example 5, the thickness F is 4.0 mm, which is 0.8 times the center diameter A (5 mm) in the width direction of the annular seal surface 414a. In Example 5, the height G is 2.15 mm. In Example 6, the wall thickness F is 3.5 mm, which is 0.7 times the width direction central diameter A (5 mm) of the annular seal surface 414a. In Example 4, the height G is 1.65 mm. The displacement amount analysis results of the valve bodies 4, 504, and 604 of Examples 4 to 6 are shown in FIGS.

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。   As shown in FIGS. 13, 14, and 15, in Examples 4, 5, and 6, the central portions of the valve bodies 41, 541, and 641 are enhanced in rigidity by the convex portions 416, and are not easily deformed radially outward. The deformation in the radial direction generated in the convex portion 416 is not easily transmitted to the annular seal protrusion 414 by the annular concave groove 415. As shown in FIGS. 13, 14, and 15, the valve bodies 41, 541, and 641 change in concentric circles around the axis, and are easily deformed in the vertical direction. As shown by X5 to X7 in FIG. 13, X55 to X57 in FIG. 14, and X65 to X67 in FIG. 15, the deformation of the valve seat side end surfaces 411a, 5411a, 6411a is suppressed to the same extent, and the annular seal protrusion 414 is It is pressed perpendicularly to the surface 24a. Further, as shown by X1 to X4 in FIG. 13, X51 to X54 in FIG. 14, and X61 to X64 in FIG. 15, the fourth, fifth, and sixth examples are displacement amounts of the P point, the Q point, the R point, and the S point. And the annular seal protrusion 414 is deformed in the vertical direction. As shown in FIG. 23, in Example 4, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 3.687 μm. In Example 5, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 4.100 μm. In Example 6, the displacement amount of the annular seal surface 414a is 4.685 μm.

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。   Therefore, even if the height of the valve body is reduced and the volume of the diaphragm chamber is increased, the valve element can suppress the amount of displacement of the annular seal surface by increasing the inclination of the shoulder and ensuring the thickness F. Further, the height of the valve body is low and the inclination of the shoulder portion is increased, so that the fluid is less likely to stay in the diaphragm chamber. This makes it difficult for the accumulated fluid to deteriorate or to solidify into particles.

<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。
<Relationship between the amount of displacement of the annular seal surface and the number of particles>
Based on the result of the particle test described above, the relationship between the amount of displacement of the annular seal surface and the number of generated particles is summarized as shown in FIG. As shown in FIG. 24, the smaller the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.175 μm, 5.064 μm, 4.037 μm, and 3.224 μm, the number of generated particles is 17.78, 4.44, 2 Reduced to 22 and 0. Furthermore, in the unmeasured sample in which the displacement amount of the annular seal surface 414a exceeds 6.175 μm and is 9 μm or less, the number of particles generated increases rapidly to 797.8. Therefore, the valve body can effectively reduce particles by setting the displacement amount of the annular seal surface 414a to 6.175 μm or less.

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。   In particular, as shown in FIGS. 26 to 29, the valve body 104 of Example 10 in which the displacement amount of the annular seal surface 414a is 6.175 μm and the displacement amount of the annular seal surface 414a is 5.064 μm. In the valve body 204, the valve body 204 is less rough on the annular seal surface 414a, and burrs are less likely to occur. Therefore, it is considered that the valve body 204 of Example 1 can effectively suppress or prevent the generation of fine particles from the annular seal surface 414a than the valve body 104 of Example 10. Therefore, the fluid control valve has a shape in which the displacement amount of the annular seal surface is made as small as possible, so that the cause of particle generation itself can be eliminated even if particles that are a problem in semiconductor manufacturing are miniaturized. Further, the life of the valve body can be extended, and the maintenance burden on the fluid control valve 1 can be reduced.

<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。
<Others>
The inventors also have a configuration in which the valve seat side end surface 411a is flattened without providing the annular seating protrusion 414 on the valve seat side end surface 411a of the diaphragm valve body 104, and a convex portion is provided along the outer periphery of the opening of the valve seat 24. investigated. However, with this configuration, the wear and particles on the annular seal surface generated when the valve is closed cannot be reduced as much as the diaphragm valve body 104 of the present embodiment.

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。
B. Second Embodiment Subsequently, a fluid control valve according to a second embodiment of the present invention will be described. The fluid control valve of the second embodiment is different from the diaphragm valve body 4 (Example 4) of the fluid control valve 1 of the first embodiment only in the material of the valve body. Here, the reference numeral of the valve body of the second embodiment is “4A”, and the other reference numerals are the same as those used in the first embodiment.

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。   4A of valve bodies of 2nd Embodiment are shape | molded by the same shape as the diaphragm valve body 4 of 1st Embodiment by cutting the round bar made from PFA. PFA has higher hardness than PTFE and is less likely to wear. Therefore, compared with the PTFE diaphragm valve body 4 according to the first embodiment, the cylindrical body 411 and the annular seal protrusion 414 are less likely to be deformed even when the valve body 4A receives a seal load. Therefore, in the fluid control valve of the second embodiment, the annular seal surface 414a of the valve body 4A is less likely to rub against the valve seat surface 24a as compared with the fluid control valve 1 of the first embodiment, and is generated when the valve is closed. Since the wear due to the deformation of the valve body 4A is suppressed, the generation of particles can be reduced.

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。   Here, the inventors took micrographs for the annular seal surfaces 414a of the valve body 4A and the diaphragm valve body 4 at the initial stage before use and after the valve opening / closing operation 5000 times. In the valve body 4A, there was almost no change in the annular seal surface 414a between the initial time and after 5000 operations, and almost no wrinkles or scratches were observed on the annular seal surface 414a. On the other hand, when the diaphragm valve body 4 was operated 5000 times, fine wrinkles and scratches were confirmed near the inner edge of the annular seal surface 414a. Therefore, if the annular seal protrusion 414 is formed of PFA, wear of the annular seal surface 414a generated when the valve is closed can be suppressed or reduced, and fine particles are hardly generated.

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。   In addition, the inventors conducted a wear particle collection test on the valve body 4A and the diaphragm valve body 4. The test apparatus has a primary filter that removes foreign matters of 5 μm or more in order from the upstream side, a test target (a fluid control valve equipped with the valve body 4A or a fluid control valve equipped with the diaphragm valve body 4), 50 nm or more. It was configured by arranging a secondary filter for removing foreign matter. The test was performed by measuring the number of particles collected by the secondary filter after allowing the test object to perform a valve opening / closing operation 40000 times while supplying pure water to the primary filter at 30 ml / min. Since the primary filter removes foreign matters contained in the pure water, the particles collected by the secondary filter are considered to be particles generated by wear of the valve bodies 4 and 4A.

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。   The test results showed that the number of wear particles collected was 41 in the fluid control valve equipped with the diaphragm valve body 4. On the other hand, in the fluid control valve equipped with the valve body 4A, the number of collected wear particles was 14. Therefore, the valve body 4A formed of PFA was able to reduce the number of wear particles collected by 65% compared to the diaphragm valve body 4 formed of PTFE. From this test result, it was confirmed that the annular seal protrusion 414 was less likely to generate wear particles when formed with PFA than with PTFE.

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。
C. Third Embodiment Subsequently, a fluid control valve according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 31 shows a cross-sectional view of the valve body 9 used in the fluid control valve according to the third embodiment of the present invention. 32 and 33 show valve bodies 109 and 209 of first and second modifications. The valve body 9, 109, 209 is different from the valve body 4A of the second embodiment in that two parts formed of different materials are combined, and other configurations are the same as those of the valve body 4A of the second embodiment. Common. In the following description, the same reference numerals as those in the second embodiment are used for the same components as those in the second embodiment, and the description thereof will be omitted as appropriate, with a focus on differences from the second embodiment.

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。   As described in the second embodiment, since the valve body 4A is formed of PFA, wear of the annular seal surface 414a that occurs when the valve is closed is reduced, and generation of wear particles can be suppressed. However, PFA is difficult to mold by cutting due to the difficulty of obtaining material. Therefore, as shown in FIG. 31, the valve body 9 of the third embodiment includes a first component 91 and a second component 92 between the neck portion 413 and the shoulder portion 412 (valve body portion 410) of the valve body 93. It is divided. The first part 91 is made of PTFE, the second part 92 is made of PFA, and the first part 91 and the second part 92 are integrated by insert molding. The first component 91 includes a thin film portion 42, an outer edge portion 43, and a neck portion 413 of the valve main body 93. On the other hand, the second component 92 includes a shoulder portion 412, a cylindrical portion 411, an annular seal protrusion 414, an annular concave groove 415, and a convex portion 416 of the valve body 93.

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。   PFA can be melt-molded, which is difficult with PTFE. PFA has a lower melting point than PTFE. On the other hand, PTFE is easy to obtain materials, and is easier to mold by cutting than PFA. Therefore, the valve body 9 is formed by the first component 91 cutting out a PTFE round bar. Then, the second component 92 flows and solidifies the melted PFA around the connection protrusion 91a in a state where the connection protrusion 91a provided to protrude in the axial direction in the first component 91 is inserted into the mold. Is formed. Therefore, in the second component 92, the cylindrical portion 411, the annular seal protrusion 414, the annular concave groove 415, and the convex portion 416 are easily and accurately formed by melt molding. In addition, since the first component 91 including the neck portion 413 is formed of a resin having a lower hardness than PFA (for example, PTFE), the second component 92 including the annular seal protrusion 414 and coupled to the first component 91 is formed of PFA. It is easy to form the valve body 9 in which the annular seal protrusion 414 is formed of PFA.

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。   In the valve body 9, since the first part 91 is insert-molded into the second part 92, there is almost no gap between the first part 91 and the second part 92. In addition, in the valve body 9, irregularities are formed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the connecting convex portion 91 a, and the second component 92 and the first component 91 are coupled in a state where the irregularities are filled with PFA. Therefore, even if the fluid control valve repeats the valve opening / closing operation, it is difficult to form a gap between the second component 92 and the first component 91. Therefore, in the fluid control valve to which the valve body 9 is attached, it is difficult for fine particles to enter between the first component 91 and the second component 92, and chemicals or the like are placed between the first component 91 and the second component 92. It is difficult to generate particles by entering and solidifying. Furthermore, since the annular seal protrusion 414 and the cylindrical portion 411 are formed of PFA and are not easily deformed in the valve body 9, wear of the annular seal surface 414a that occurs when the valve is closed can be suppressed, and particles can be reduced.

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。   The valve body 109 of the first modification shown in FIG. 32 has a press-fit groove 191a formed in an annular shape on the valve seat side end surface 411a of the first component 191, and the ring-shaped second component 192 is press-fitted into the press-fit groove 191a. Yes. The annular seal protrusion 414 is constituted by the second part 192. The first part 191 is made of PTFE, and the second part 192 is made of PFA. Since the annular seal protrusion 414 is formed of PFA and hardly deforms in the valve body 109, the generation of particles is reduced by suppressing the wear of the annular seal surface 414a that occurs when the valve is closed. The valve body 109 has a gap between the second part 192 and the inner wall of the press-fitting groove 191a, and there is a risk that dust will enter. Further, since the valve body 109 couples the first part 191 and the second part 192 by press-fitting the second part 192 into the press-fitting groove 191a, the cylindrical part 411, the annular seal protrusion 414, the annular concave groove between the products. There is a possibility that variations occur in the dimensions of the convex portions 416 and 415.

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。   The valve body 209 of the second modification shown in FIG. 33 has a third feature only in that a male threaded portion 291a is projected from the first component 291 and the male threaded portion 291a is screwed into the female threaded portion 292a of the second component 292. It differs from the valve body 9 of the embodiment. In the valve body 209, since the cylindrical portion 411 and the annular seal protrusion 414 are formed of PFA and are not easily deformed, generation of particles can be reduced by suppressing wear of the annular seal surface 414a that occurs when the valve is closed. In the valve body 209, there is always a gap between the male screw portion 291a and the female screw portion 292a, and there is a possibility that fine dust may enter the gap.

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。   Therefore, when the valve body is composed of two parts, the first part 91 and the second part 92 are integrated by insert molding as in the valve body 9, and the particle suppression effect is the highest. The valve bodies 109 and 209 can obtain the same particle suppression effect as that of the valve body 9 if the gap formed between the first parts 191 and 291 and the second parts 192 and 292 is filled with resin or the like. Moreover, if it is press-fitting and screw fastening, an insert mold is unnecessary, and it can be applied to any shape and is highly versatile.

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。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various applications are possible.

(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。 (1) For example, in the above embodiment, the fluid control valve 1 is applied to a semiconductor manufacturing apparatus, but may be applied to another apparatus.

(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。 (2) For example, in the said embodiment, although the valve body part 410 is provided with the cylindrical part 411 and the shoulder part 412, you may make a valve main body into a cone shape.

(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。 (3) For example, in the said embodiment, although the fluid control valve 1 was comprised as a diaphragm valve, the shape of annular diaphragm protrusion 414 vicinity of the diaphragm valve body 4 is provided in the valve body which does not have thin film parts, such as a bellows valve and an electromagnetic valve. May be applied to suppress the displacement of the annular seal surface.

(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。 (4) For example, in the above embodiment, the thin film portion 42 is connected to the neck portion 413. On the other hand, the thin film portion 42 may be connected to the connecting portion between the shoulder portion 412 and the neck portion 413 as shown in the valve body 4B of the third modification shown in FIG. As shown in the valve body 4C of the fourth modification, it may be connected to the cylindrical portion 411.

(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。 (5) For example, in the said embodiment, the diaphragm valve body 4 and the drive part 3 were connected by screwing the external thread part 413b of the diaphragm valve body 4 with the internal thread part 35c of the drive part 3. FIG. On the other hand, like the valve body 4D of the fifth modified example shown in FIG. 36, the internal thread portion 420 is formed in the neck portion 413, and the external thread portion that is screwed into the internal thread portion 420 is provided in the piston 35 of the drive unit 3. Thus, the valve body 4D may be connected to the drive unit 3.

(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。 (6) The material of the diaphragm valve body 4 may be modified PTFE (modified polytetrafluoroethylene) hardness D55-60 or PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinylether copolymer) hardness D60-64.

(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。 (7) The material of the valve body 21 (valve seat 24) may be PTFE (polytetrafluoroethylene) hardness D53-58 or modified PTFE (modified polytetrafluoroethylene) hardness D55-60.

(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。 (8) There may be corner corner chamfering or corner portion R chamfering of the annular seal surface 414a. In this case, the diameter of the center position between the inner periphery and the outer periphery of the flat surface corresponds to the “diameter of the annular seal portion”. Further, the annular seal surface 414a may be an annular seal portion in which the tip end portion of the annular seal protrusion 414 has an R shape, in addition to the flat shape. In this case, the diameter of the apex portion where the annular seal portion faces the valve seat corresponds to the “diameter of the annular seal portion”. Even in these cases, if the shape around the annular seal protrusion 414 is configured so that the compressive deformation generated in the valve body 41 of the diaphragm valve body 4 occurs only in the vertical direction (for example, the diameter of the cylindrical portion 411 and the convex portion 416). And the annular concave groove 415), and the same effect as the above embodiment can be obtained.

(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。 (9) The bottom surface of the annular groove 415 may be the same as or substantially the same height as the valve seat side end surface 411a.

(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。 (10) The valve seat side end surface 411a is not limited to a flat shape, and may be a slope or a curved surface.

(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。 (11) The amount of displacement of the annular seal surface 414a necessary for suppressing particle generation is not limited to the radially outer displacement amount, but may be an inner displacement amount.

(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。 (12) The annular seal protrusion may be provided in a cylindrical shape, and the thickness in the radial direction from the valve seat side to the counter valve seat side may be constant.

(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。 (13) The protrusion shape of the annular seal protrusion may be a shape in which the wall shape on the radial axis side of the valve body is different from the wall shape on the radially opposite axis side. The shape of the wall and the height of the protrusion may be set so that the amount of displacement of the annular seal surface (annular seal portion) is small.

(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。 (14) The D / A is not limited to the above embodiment, and may be 1.35, 1.40, 1.45, or the like. As shown in FIG. 25, when D / A is increased, the amount of displacement of the annular seal surface 414a is reduced, and generation of particles can be suppressed.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fluid control valve 3 Drive part 4 Diaphragm valve body (an example of a valve body)
24 valve seat 414 annular seal protrusion 414a annular seal surface (an example of an annular seal portion)
415 Annular groove 416 Convex A Width center diameter B of the annular seal surface Diameter width dimension D of the annular seal surface Diameter F of the valve seat side end surface Thickness H in the axial direction from the radial center position of the annular seal surface Convex Diameter of the base end I of the convex part Height J of the convex part Diameter of the narrowest part between the pressure-receiving surface receiving the load from the drive unit and the end face on the valve seat side

Claims (9)

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3.224μm以上6.175μm以下であること
を特徴とする流体制御バルブ。
A drive unit;
A valve body having a first port, a second port and a valve seat;
Having a valve body formed in a columnar shape and connected to the drive unit;
The valve body has an annular seal protrusion that is provided on the distal end with an annular seal portion that is annularly projected on a valve seat side end surface located on the valve seat side and is pressed against the valve seat for sealing. The annular seal protrusion is made of fluororesin,
The valve body is characterized in that when the annular seal portion is pressed against the valve seat by the driving portion, a displacement amount of the annular seal portion displaced in the radial direction is 3.224 μm or more and 6.175 μm or less. Fluid control valve.
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6.45×10 -4 倍以上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。
A drive unit;
A valve body having a first port, a second port and a valve seat;
Having a valve body formed in a columnar shape and connected to the drive unit;
The valve body has an annular seal protrusion that is provided on the distal end with an annular seal portion that is annularly projected on a valve seat side end surface located on the valve seat side and is pressed against the valve seat for sealing. The annular seal protrusion is made of fluororesin,
When the annular seal portion is pressed against the valve seat by the drive unit, the valve body has an annular seal portion when a displacement amount of the annular seal portion displaced in the radial direction is not in contact with the valve seat. 6. A fluid control valve characterized in that it is 6.45 × 10 −4 times or more and 12.4 × 10 −4 times or less with respect to the diameter.
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3.22×10 -2 倍以上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。
A drive unit;
A valve body having a first port, a second port and a valve seat;
Having a valve body formed in a columnar shape and connected to the drive unit;
The valve body has an annular seal protrusion projecting annularly on a valve seat side end surface located on the valve seat side, at least the annular seal protrusion is made of fluororesin, and at the tip of the annular seal protrusion, An annular seal portion that is pressed against and seals the valve seat is formed flat.
When the annular seal portion is pressed against the valve seat by the drive unit, the valve body has the annular seal portion in a case where the displacement amount of the annular seal portion displaced in the radial direction is not in contact with the valve seat. The fluid control valve is characterized in that it is 3.22 × 10 −2 times or more and 6.18 × 10 −2 times or less of the width dimension.
駆動部と、A drive unit;
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、A valve body having a first port, a second port and a valve seat;
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、Having a valve body formed in a columnar shape and connected to the drive unit;
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、The valve body has an annular seal protrusion that is provided on the distal end with an annular seal portion that is annularly projected on a valve seat side end surface located on the valve seat side and is pressed against the valve seat for sealing. The annular seal protrusion is made of fluororesin,
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The diameter of the end face on the valve seat side is not less than 1.3 times the diameter of the annular seal portion when not in contact with the valve seat.
を特徴とする流体制御バルブ。A fluid control valve characterized by
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1乃至請求項4の何れか一つに記載される流体制御バルブ。
5. The fluid control valve according to claim 1, wherein a diameter of the narrowest portion of the valve body is smaller than a diameter of the annular seal portion.
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。
6. The valve body according to claim 5, wherein a thickness in an axial direction at a radial center position of the annular seal portion is 0.7 times or more with respect to a diameter of the annular seal portion. Fluid control valve.
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。
7. The fluid control valve according to claim 5, wherein the valve body has a convex portion protruding in a valve seat direction from the end face on the valve seat side inside the annular seal protrusion.
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。
8. The fluid control valve according to claim 7, wherein the convex portion has a diameter of a base end portion connected to the valve seat side end surface equal to or larger than a diameter of a thinnest portion of the valve body.
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。
9. The fluid control valve according to claim 1, wherein the annular seal protrusion is formed of PFA.
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