JP6578268B2 - 流体制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、操作流体の圧力によってピストンを摺動させ、弁体を弁座に当接または離間させる流体制御弁に関するものである。

従来、操作エアの圧力によって２つ以上のピストンを摺動させるエアオペレートバルブにおいて、弁体を弁座に当接または離間させるため、弁体が弁座に当接する方向に付勢する圧縮バネが使用されている。半導体製造プロセスでは、危険なガスを扱うため、半導体製造用のエアオペレートバルブからガスが少しでも漏れることを阻止する必要がある。そのため、エアオペレートバルブの閉弁時に高いシール性が求められている。

しかし、高いシール力を実現しようとすると、バルブが大型化してしまう恐れがある。近年、半導体製造装置では、半導体ウエハの製造プロセスが複雑化するにつれ、多種のガスの切り替えが必要とされている。これに伴い、設置すべきバルブの数が増加している。そのため、エアオペレートバルブを複数設置すると、全体の設置面積が増加するという問題が生じる。そこで、１つ１つのバルブを小型化する要請が高まっている。
また、バルブを小型化すると、設置面積が限定され、バネの線径やバネの径の自由度がなくなる。その理由は、設置面積が限定されると、バネの線径を細くせざるをえず、また、バネの径が小さいものを用いるしかないためである。そのため、１つのバネに加わる応力が上がることになり、バネの耐久性に問題が生じる。特に、半導体製造プロセスでは、危険なガスを扱うため、半導体製造用の流体制御弁の閉弁に必要なシール力の確保や弁の性能、耐久性等は大きな課題である。

上記課題を解決するために、本出願人は、特許文献１において、下記の流体制御弁を提案している。すなわち、第１ピストン及び第２ピストンを同軸上に有すること、第１ピストンには、弁体が弁座に当接する方向に付勢する１つの第１圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、第２ピストンには、弁体が弁座に当接する方向に付勢する１つの第２圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、第１圧縮バネによる付勢力と、第２圧縮バネによる付勢力の総和が、弁体を弁座に当接させる力となること、を特徴とする。

特許第5982354号公報

しかしながら、特許文献１に記載の流体制御弁には、次のような問題があった。すなわち、流量制御弁が長時間停止した後に駆動された場合、第１ピストンの動きに遅れが出て、金属弁体やダイアフラム弁が開くタイミングが遅れる問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、複数のピストンによりバルブを小型化し、全体の設置面積の減少を実現しつつ、圧縮バネの設計の自由度を向上させ、閉弁に必要なシール力を確保することのできる流体制御弁であって、ダイアフラム弁体が開くタイミングが遅れることのない流体制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の流体制御弁は、次のような構成を有している。
（１）操作流体の圧力によってピストンを摺動させ、弁体を弁座に当接または離間させる流体制御弁において、弁体を駆動する弁体ピストン、及び弁体ピストンを駆動するための２以上の駆動ピストンを同軸上に有すること、駆動ピストンの各々には、弁体が弁座に当接する方向に付勢する１つの圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、弁体ピストンは、ピストン部と、弁体ロッドを一体的に成形したものであること、弁体ピストンのピストン部の下面の外周部には、弁体を弁座から離間する方向に付勢する復帰バネが圧縮バネと同軸上に取り付けられていること、弁体ピストンには、３個の摺動リングが取り付けられていること、復帰バネの付勢力と操作流体の圧力から受ける駆動力との合計は、３個の摺動リングの始動抵抗よりも大きな力であること、を特徴とする。
３個のＯリングによる始動抵抗は、本実施例のようなアクチュエータ部の外径が２８．５ｍｍ程度を有する流体制御弁では、１２Ｎ程度であり、使用状態によっては、始動抵抗が上昇して、Ｏリングの始動抵抗は、７０Ｎ程度になることを実験により確認している。
したがって、復帰バネのバネ力は、７０Ｎより少し大きく設定している。

（２）（１）に記載の流体制御弁において、弁体ピストンを摺動させるアクチュエータ部の外径が２８．５ｍｍ以下であること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載の流体制御弁において、復帰バネの付勢力を、圧縮バネの各々に、均等に付加していること、を特徴とする。
（４）（１）乃至（３）に記載のいずれか１つの流体制御弁において、圧縮バネは、同一形状のものであること、を特徴とする。

本発明の流体制御弁は、次のような作用・効果を有する。
（１）操作流体の圧力によってピストンを摺動させ、弁体を弁座に当接または離間させる流体制御弁において、弁体を駆動する弁体ピストン、及び弁体ピストンを駆動するための２以上の駆動ピストンを同軸上に有すること、駆動ピストンの各々には、弁体が弁座に当接する方向に付勢する１つの圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、弁体ピストンには、弁体を弁座から離間する方向に付勢する復帰バネが圧縮バネと同軸上に取り付けられていること、を特徴とするので、弁体ピストンに対して、復帰バネが常に弁体が弁座から離間する方向に力を与えているので、流体制御弁が長時間停止され、Ｏリングの始動抵抗が上昇した状態で始動されても、弁体ピストンの始動が遅れることがなく、金属弁体やダイアフラム弁が開くのに遅れが生じることがない。

また、圧縮バネのバネ力を各々下げることができる。そのため、バネの耐久性が向上する。また、バネの設計の自由度が高まり、設計・製造が容易になる。さらに、公差がばらついたとしても、閉弁に必要なシール力を確保することができる。

（２）（１）に記載の流体制御弁において、弁体ピストンには、３個の摺動リングが取り付けられていること、復帰バネの付勢力と操作流体圧力から受ける駆動力との合計は、３個の摺動リングの始動抵抗よりも大きな力であること、を特徴とするので、流体制御弁が長時間停止され、３個のＯリングの始動抵抗が上昇した状態で始動されても、弁体ピストンを確実に弁開方向に付勢できるため、弁体ピストンの始動が遅れることがなく、金属弁体やダイアフラム弁が開くのに遅れが生じることがない。

（３）（１）または（２）に記載の流体制御弁において、弁体ピストンを摺動させるアクチュエータ部の外径が２８．５ｍｍ以下であること、を特徴とするので、アクチュエータ部の外径が２８．５ｍｍ以下では、受圧面積が小さく、操作流体圧力による駆動力が小さくなり、摺動リングの始動抵抗の影響を受けやすいため、弁体ピストンに対して、復帰バネが常に弁体が弁座から離間する方向に力を与えることにより、流体制御弁が長時間停止され、Ｏリングの始動抵抗が上昇した状態で始動されても、弁体ピストンの始動が遅れることがなく、金属弁体やダイアフラム弁が開くのに遅れが生じることがない。

（４）（１）乃至（３）に記載のいずれか１つの流体制御弁において、復帰バネの付勢力を、駆動バネの各々に、均等に付加していること、を特徴とするので、復帰バネの付勢力により減じられる弁閉力を、２以上の駆動バネが均等に負担するため、全体の力のバランスを維持でき、特定の駆動ピストンの弁開動作を妨げることがなく、全体として最適な動作を維持することができる。

（５）（１）乃至（４）に記載のいずれか１つの流体制御弁において、圧縮バネは、同一形状のものであること、を特徴とするので、部品を共通化することができる。よって、別途、他の形状の圧縮バネを用意する必要が無い。また、型成形で部品を製造する場合には、製造するためのコストを削減することができる。さらに、部品を共通化することにより、組立の際、作業の効率性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る流体制御弁１の断面図である。 駆動ピストン１１の断面図である。 弁体ピストン１０の断面図である。 流体制御弁５０の参考図である。

本発明の流体制御弁の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る流体制御弁１の断面図である。
（流体制御弁の構成）
流体制御弁１は、流体を制御する弁部２と、弁部２に駆動力を与えるアクチュエータ部３を備える。流体制御弁１は、アクチュエータ部３を、アダプタ１５を介してボディ１４に連結する。流体制御弁１は、円柱状の外観を構成する。

始めに、弁部２について説明する。弁部２は、ボディ１４を備える。ボディ１４の下面には、制御流体が流入する入口流路１４ｂと、制御流体が流出する出口流路１４ｃが形成されている。
ボディ１４の上面は円筒形状であり、円筒形状の内周面には、雌ねじ部１４ａが形成されている。ボディ１４の中央部には、弁座部材１７が固設され、弁座部材１７の上面には弁座１７ａが形成されている。弁座１７ａ内の弁孔を介して入口流路１４ｂと出口流路１４ｃが連通している。ボディ１４の上部の雌ねじ部１４ａには、アダプタ１５の外周面に形成された雄ねじがねじ連結されている。

アダプタ１５の内周面には、円筒状のホルダ１８がアダプタ１５とボディ１４とで挟まれて保持されている。ホルダ１８の内周面には、ステム２４が摺動可能に保持されている。また、ホルダ１８の下面とボディ１４との間には、薄板形状の金属弁体１９が挟まれて保持されている。
金属弁体１９は、ステム２４に押圧されることにより、弁座１７ａに対して当接する。また、ステム２４の押圧が解除されることにより、薄板の金属弁体１９の弾性力により、金属弁体１９は、弁座１７ａから離間する。
金属弁体１９が弁座１７ａに当接すると、入口流路１４ｂと出口流路１４ｃは遮断され、金属弁体１９が弁座１７ａに離間すると、入口流路１４ｂと出口流路１４ｃは連通する。

アクチュエータ部３には、同一形状の３個の内装部品２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ（以下、２３Ａ〜２３Ｃと記載する。）が、パイプ形状の外装部材２２内に順次当接して固定されている。内装部品２３の外径寸法は、外装部材２２のパイプの内径寸法とほぼ同径にされている。
内装部品２３Ａの下方内部には、外装部材２２の内径寸法よりも小さな開口部が形成されている。外装部材２２の上端には、キャップ２０が取り付けられ、下端にはアダプタ１５が取り付けられている。これにより、アダプタ１５とキャップ２０との間で、内装部品２３Ａ〜２３Ｃが挟み込まれて保持されている。内装部品２３Ａ〜２３Ｃは、外装部材２２の内部において重ね合わされた状態で固定され、弁体ピストン１０を収納する弁体ピストン室１６、及び第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂを各々収納する第１〜第２駆動ピストン室１３Ａ〜１３Ｂを形成する。

第１内装部品２３Ａの弁体ピストン室１６の内周面には、シリンダ１６ａが形成され、弁体ピストン１０が摺動可能に保持されている。また、２個の内装部品２３Ｂ、２３Ｃ（以下、２３Ｂ〜２３Ｃと記載する。）の第１〜第２駆動ピストン室１３Ａ〜１３Ｂの内周面には、シリンダ２３ａが形成され、２個の第１、第２駆動ピストン１１Ａ、１１Ｂ（以下、１１Ａ〜１１Ｂと記載。）が、摺動可能に保持されている。
弁体ピストン１０、及び第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂは、同軸上に保持されている。同軸上とは、軸心が同じであることをいう。

第１駆動ピストン１１Ａには、第１駆動圧縮バネ１２Ａの一端が当接されている。第１駆動圧縮バネ１２Ａの他端は内装部品２３Ｃの下面に当接している。第１駆動ピストン１１Ａは、第１駆動圧縮バネ１２Ａにより、金属弁体１９が弁座１７ａに当接する方向に付勢されている。
同様に、第２駆動ピストン１１Ｂには、第２駆動圧縮バネ１２Ｂの一端が当接されている。第２駆動圧縮バネ１２Ｂの他端はキャップ２０の下面に当接している。第２駆動ピストン１１Ｂは、第２駆動圧縮バネ１２Ｂにより、金属弁体１９が弁座１７ａに当接する方向に付勢されている。
２個の第１、第２駆動圧縮バネ１２Ａ、１２Ｂ（以下、１２Ａ〜１２Ｂと記載。）は、同軸上に取り付けられている。第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂは、同一形状、かつ同一バネ力を有するものである。

弁体ピストン１０は、弁体ピストン室１６に摺動可能に保持されている。
第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂは、駆動ピストン室１３に摺動可能に保持されると共に、第１〜第２駆動ピストン室１３Ａ〜１３Ｂの各々を、加圧室１３ａと背圧室１３ｂとに区画している。背圧室１３ｂには、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂが、第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂを弁座１７ａに近付く方向に付勢した状態で、第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂと同軸上に配置されている。

第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂは、図２に示すように、ピストン部１１ａにピストンロッド１１ｂを一体的に成形されたものである。ピストン部１１ａは、円柱状であり、外径寸法が内装部品２３の内径寸法よりやや小さな径にされている。ピストン部１１ａには、ゴムなどの弾性体からなるＯリング３２を装着するための装着溝１１ｃが外周面に沿って環状に設けられている。ピストン１１の下面には、凹部１１ｅが形成されている。
また、ピストン１１の内部には、内部流路１１ｄが形成されている。内部流路１１ｄの下方には、加圧室１３ａと連通するための流路１１ｆが形成されている。流路１１ｆは、内部流路１１ｄと連通している。すなわち、キャップ２０の内周面に形成された給排気ポート２０ａは、ピストン１１の内部流路１１ｄ、流路１１ｆを介してピストン１１の加圧室１３ａと連通する。
第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂは、図１に示すように、ピストンロッド１１ｂの外周面にＯリング３２Ａ、３２Ｂが取り付けられ、装着溝１１ｃにＯリング３１Ａ、３１Ｂが取り付けられている。

弁体ピストン１０は、図３に示すように、ピストン部１０ａの上面側にピストンロッド１０ｃを、ピストン部１０ａの下面側に弁体ロッド１０ｂを一体的に成形したものである。ピストン部１０ａは、円柱状であり、外径寸法が内装部品２３Ａの内径寸法よりやや小さな径にされている。ピストン部１０ａには、ゴムなどの弾性体からなるＯリング３３を装着するための装着溝１０ｅが外周面に沿って環状に設けられている。
また、弁体ピストン１０の内部には、内部流路１０ｄが形成されている。内部流路１０ｄの下方には、加圧室１３ａと連通するための流路１０ｆが形成されている。流路１０ｆは、内部流路１０ｄと連通している。すなわち、キャップ２０の内周面に形成された給排気ポート２０ａは、弁体ピストン１０の内部流路１０ｄ、流路１０ｆを介して弁体ピストン１０の加圧室１３ａと連通している。

弁体ピストン１０は、図１に示すように、ピストンロッド１０ｃの外周面にＯリング３４が取り付けられ、装着溝１０ｅにＯリング３３が取り付けられており、弁体ロッド１０ｂの外周面にＯリング３５が取り付けられている。
弁体ピストン１０には、駆動圧縮バネ１２は、取り付けられていない。弁体ピストン１０の下面には、復帰圧縮バネ２１の一端が当接している。復帰圧縮バネ２１の他端は、内装部品２３Ａの上面に当接している。復帰圧縮バネ２１により、弁体ピストン１０は、金属弁体１９が、弁座１７ａから離間する方向に付勢されている。

ここで、第１駆動圧縮バネ１２Ａによる付勢力（Ｆ１）と、第２駆動圧縮バネ１２Ｂによる付勢力（Ｆ２）の総和（Ｆ１＋Ｆ２）から、復帰圧縮バネ２１の付勢力（ＦＢ）を引算した力が、金属弁体１９を弁座１７ａに当接させる力（Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２−ＦＢ）、すなわち流体制御弁１を閉弁するためのシール力となる。なお、実際はＯリングの抵抗が少し影響する。
また、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂは、同一形状であるため、同程度の付勢力を有する（Ｆ１＝Ｆ２）。すなわち、１つのバネに必要な付勢力は、２個の駆動ピストンを重ねる場合、（Ｆ＋ＦＢ）／２＝Ｆ１＝Ｆ２となる。よって、各々のバネの付勢力を下げることができる。すなわち、１つのバネに加わる応力を下げることができ、バネの耐久性が向上する。また、バネの設計の自由度が高まる。

（流体制御弁の動作説明）
次に、実施形態に係る流体制御弁１の動作を説明する。
流体制御弁１は、給排気ポート２０ａにエアが供給されないとき、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂの弾性力によって、復帰圧縮バネ２１の抗力に反して弁体ピストン１０が弁座１７ａ方向へ押下げられ、ステム２４を介して金属弁体１９を弁座１７ａに当接させる。そのため、入口流路１４ｂに供給された制御流体は、弁座１７ａから出口流路１４ｃへ流れない。

給排気ポート２０ａよりエアが供給されると、エアは、内部流路１１ｄから流路１１ｆを介して加圧室１３ａに流入する。加圧室１３ａに流入するエアが、背圧室１３ｂにある第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂの弾性力に打ち勝つと、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂは収縮し始める。
これにより、弁体ピストン１０は上昇する。弁体ピストン１０が上昇すると、金属弁体１９の反発力により、ステム２４は上昇し、金属弁体１９が弁座１７ａから離間する。この状態で入口流路１４ｂに制御流体を供給すると、制御流体が入口流路１４ｂから弁座１７ａ内の弁孔を介して出口流路１４ｃへ流れる。

次に、流体制御弁１が長時間停止した後に駆動される場合について説明する。
流体制御弁１の停止した状態が長時間続いた場合、シール部材であるＯリングと壁面との間で始動抵抗が上昇する恐れがある。Ｏリングが取り付けられている箇所は摺動部であり、摺動抵抗を減らすために潤滑油が塗布されているが、長時間の停止状態が続くと滑りが悪くなり、ゴム製のＯリングとの間で始動抵抗の上昇が発生するのである。なお、始動抵抗の上昇の原因の一例としては、固着の発生がある。
第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂには、各々２個のＯリング３１Ａ〜３１Ｂ、３２Ａ〜３２Ｂが取り付けられている。弁体ピストン１０には、３個のＯリング３３、３４、３５が取り付けられている。したがって、Ｏリングで始動抵抗が上昇した場合、駆動ピストン１１で発生した場合に比較して、弁体ピストン１０で始動抵抗が上昇した場合のほうが、始動抵抗は、１．４倍大きいと考えられる。

例えば、弁体ピストン１０でＯリングの始動抵抗が上昇した場合、始動抵抗は、上述したように駆動ピストン１１と比較して、１．４倍となる。一方、エア圧を受ける受圧面積は、弁体ピストン１０では、弁体ロッド１０ｂがあるため小さくされており、駆動ピストン１１の８０％程度となっている。
仮に復帰圧縮バネ２１が取り付けられていない場合を想定すると、弁体ピストン１０において、エア圧による駆動力が８０％と低く、始動抵抗が１．４倍と大きいため、第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂと比較して、動きが遅れる恐れが大きい。特に、シリンダの内径が小さくなると、受圧面積により操作流体圧力から受ける駆動力に対し始動抵抗の影響度合いが大きくなる。

駆動ピストン１１は、駆動時に弁体ピストン１０の余力を受けられるが、弁体ピストン１０は余力を受けられない点が考えられる。
本出願人は、特許文献１では、６個の駆動ピストンにより流体制御弁を構成していた。これでは、上記問題があるため、始め図４に示すように、弁体ピストンに駆動圧縮バネも、復帰圧縮バネも取り付けない構成の流体制御弁５０を考えた。
しかし、図４の流体制御弁５０では、長時間停止した後では、弁体ピストンの動きに少し遅れが発生することが懸念された。それ故に、安定性を確保するため、図１の流体制御弁１を考え出したのである。

本実施形態では、復帰圧縮バネ２１が常に、弁体ピストン１０を金属弁体１９が弁座１７ａから離間する方向に所定の力で付勢しているので、長時間停止した後であっても、弁体ピストン１０の動きに遅れが発生する恐れがない。
通常時の３個のＯリングによる始動抵抗は、本実施例のようなアクチュエータ部３の外径が２８．５ｍｍ程度を有する流体制御弁では、Ｏリング３３は５Ｎ、Ｏリング３４、３５は３．３Ｎで合計１１．６Ｎ程度であり、始動抵抗が上昇した場合には、３個のＯリングの始動抵抗は、各６倍の７０Ｎ程度になることを実験により確認している。したがって、復帰バネのバネ力は、７０Ｎより少し大きく、１００Ｎに設定している。
本実施形態では、復帰圧縮バネ２１の付勢力ＦＢ＝１００Ｎを、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂに均等に負担させている。すなわち、復帰圧縮バネ２１がなかった場合に、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂのバネ力は、１５０Ｎとしていたが、本実施例では、１５０Ｎ＋１００Ｎ／２＝２００Ｎとしている。

本実施形態では、Ｆ１＝Ｆ２＝２００Ｎとし、ＦＢ＝１００Ｎとし、Ｆ＝３００Ｎとしている。また、エア圧は、０．４ＭＰａとし、第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂがエア圧から受ける駆動力を、２１０Ｎとし、弁体ピストン１０がエア圧から受ける駆動力を、１６８Ｎとしている。
第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂを個別にみると、Ｏリング３１、３２に始動抵抗の上昇がない場合でも始動抵抗が８．３Ｎあると、エア圧による力２１０Ｎでは、駆動圧縮バネ力２００Ｎと始動抵抗８．３Ｎの合力に対して余力が小さく駆動し難い状態となっている。しかし、第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂは、駆動時には、弁体ピストン１０の推力をプラスで受けるため、動き出しに遅れが発生する恐れがない。

第１駆動ピストン１１Ａにおいて始動抵抗が上昇した場合には、弁体ピストン１０と比較して、エアの受圧面積が２０％程度大きく、始動抵抗の上昇による始動抵抗も７０％程度小さいため、長時間停止した後でも、第１駆動ピストン１１Ａの動きに遅れが発生する恐れは少ない。
さらに、弁体ピストン１０が動けば、第１駆動ピストン１１Ａを押すため、第１駆動ピストン１１Ａの動きに遅れが発生する可能性は低くなる。
同様に、第２駆動ピストン１１Ｂには、弁体ピストン１０と第１駆動ピストン１１Ａの押す力が加わるため、第２駆動ピストン１１Ｂの動きに遅れが発生する可能性は低くなる。

ここで、近年、半導体製造装置では、多種のガスの切り換えを行うため、設置すべきバルブの数が増加し、全体の設置面積の減少が課題となっている。バルブを小型化するために、鉛筆と同程度の直径を有する流体制御弁が開発されている。この場合、駆動ピストン１１に取り付けられる駆動圧縮バネ１２のバネ径は小さくなければならない。そのため、閉弁時の一定のシール力を確保するために、駆動ピストン１１を複数積み重ねる必要がある。
本出願人は、数々の実験を行うことにより、駆動圧縮バネ１２をそれぞれ１つずつ取り付けた場合、確実に一定のシール力を確保し、さらに駆動圧縮バネ１２の耐久性を向上させることがわかった。

以上、説明したように、本実施の形態の流体制御弁１によれば、
（１）操作流体の圧力によってピストンを摺動させ、金属弁体１９を弁座１７ａに当接または離間させる流体制御弁１において、金属弁体１９を駆動する弁体ピストン１０、及び弁体ピストン１０を駆動するための２以上の第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂを同軸上に有すること、第１〜第２駆動ピストン１１Ａ〜１１Ｂの各々には、金属弁体１９が弁座１７ａに当接する方向に付勢する１つの駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂが同軸上に取り付けられていること、弁体ピストン１０には、金属弁体１９を弁座１７ａから離間する方向に付勢する復帰圧縮バネ２１が、駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂと同軸上に取り付けられていること、を特徴とするので、弁体ピストン１０に対して、復帰圧縮バネ２１が常に金属弁体１９が弁座１７ａから離間する方向に力を与えているので、流体制御弁１が長時間停止され、３個のＯリング３３、３４、３５が始動抵抗が上昇した状態で始動されても、弁体ピストン１０の始動が遅れることがなく、金属弁体１９が開くのに遅れが生じることがない。

また、駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂのバネ力を各々下げることができる。そのため、バネの耐久性が向上する。また、バネの設計の自由度が高まり、設計・製造が容易になる。さらに、公差がばらついたとしても、閉弁に必要なシール力を確保することができる。

（２）（１）に記載の流体制御弁１において、弁体ピストン１０には、３個のＯリング３３、３４、３５が取り付けられていること、復帰圧縮バネ２１の付勢力ＦＢと操作流体の圧力から受ける駆動力との合計は、３個のＯリング３３、３４、３５の始動抵抗よりも大きな力であること、を特徴とするので、流体制御弁１が長時間停止され、３個のＯリング３３、３４、３５の始動抵抗が上昇した状態で始動されても、弁体ピストン１０を確実に弁開方向に付勢できるため、弁体ピストン１０の始動が遅れることがなく、金属弁体１９が開くのに遅れが生じることがない。

（３）（１）または（２）に記載の流体制御弁において、弁体ピストン１０を摺動させるアクチュエータ部３の外径が２８．５ｍｍ以下であること、を特徴とするので、アクチュエータ部３の外径が２８．５ｍｍ以下では、受圧面積が小さく、操作流体圧力による駆動力が小さくなり、Ｏリング３３、３４、３５の始動抵抗の影響を受けやすいため、弁体ピストン１０に対して、復帰圧縮バネ２１が常に金属弁体１９が弁座１７ａから離間する方向に力を与えることにより、流体制御弁１が長時間停止され、Ｏリング３３、３４、３５の始動抵抗が上昇した状態で始動されても、弁体ピストン１０の始動が遅れることがなく、金属弁体１９が開くのに遅れが生じることがない。

（３）（１）乃至（３）に記載のいずれか１つの流体制御弁１において、復帰圧縮バネ２１の付勢力ＦＢを、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂの各々に、均等に付加していること、を特徴とするので、復帰圧縮バネ２１の付勢力ＦＢにより減じられる弁閉力を、２以上の第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂが均等に負担するため、全体の力のバランスを維持でき、特定の駆動ピストン１１の弁開動作を妨げることがなく、全体として最適な動作を維持することができる。

（５）（１）乃至（４）に記載のいずれか１つの流体制御弁１において、第１〜第２駆動圧縮バネ１２Ａ〜１２Ｂは、同一形状のものであること、を特徴とするので、部品を共通化することができる。よって、別途、他の形状の圧縮バネを用意する必要が無い。また、型成形で部品を製造する場合には、製造するためのコストを削減することができる。さらに、部品を共通化することにより、組立の際、作業の効率性を向上させることができる。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施形態では２つの駆動ピストン１１を重ねたが、駆動ピストン１１はいくつ重ねても良い。
例えば、本実施形態では操作流体としてエアを用いているが、操作流体は不活性ガスでも良い。
例えば、本実施形態では、操作流体圧力を０．４ＭＰａに設定しているが、０．４〜０．６ＭＰａであれば良い。
例えば、本実施形態では、入口流路は出口流路に、出口流路は入口流路になっても良い。
例えば、本実施形態では、アクチュエータ部３の外径が２８．５ｍｍ程度と設定していたが、２０ｍｍ以下、または１／２ｉｎｃｈ（１２．７ｍｍ）以下、または１０ｍｍ以下でも良い。

１ 流体制御弁
３ アクチュエータ部
１０ 弁体ピストン
１１ 駆動ピストン
１１Ａ〜１１Ｂ 第１〜第２駆動ピストン
１２ 駆動圧縮バネ
１２Ａ〜１２Ｂ 第１〜第２駆動圧縮バネ
１３ ピストン室
１５ アダプタ
１７ 弁座部材
１７ａ 弁座
１９ 金属弁体
２０ キャップ
２１ 復帰圧縮バネ
２２ 外装部材
２３ 内装部品

Claims (4)

1. 操作流体の圧力によってピストンを摺動させ、弁体を弁座に当接または離間させる流体制御弁において、
   前記弁体を駆動する弁体ピストン、及び前記弁体ピストンを駆動するための２以上の駆動ピストンを同軸上に有すること、
   前記駆動ピストンの各々には、前記弁体が前記弁座に当接する方向に付勢する１つの圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、
   前記弁体ピストンは、ピストン部と、弁体ロッドを一体的に成形したものであること、
   前記弁体ピストンの前記ピストン部の下面の外周部には、前記弁体を前記弁座から離間する方向に付勢する復帰バネが前記圧縮バネと同軸上に取り付けられていること、
   前記弁体ピストンには、３個の摺動リングが取り付けられていること、
   前記復帰バネの付勢力と操作流体の圧力から受ける駆動力との合計は、前記３個の摺動リングの始動抵抗よりも大きな力であること、
   を特徴とする流体制御弁。
2. 請求項１に記載の流体制御弁において、
   前記弁体ピストンを摺動させるアクチュエータ部の外径が２８．５ｍｍ以下であること、
   を特徴とする流体制御弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体制御弁において、
   前記復帰バネの付勢力を、前記圧縮バネの各々に、均等に付加していること、
   を特徴とする流体制御弁。
4. 請求項１乃至請求項３に記載のいずれか１つの流体制御弁において、
   前記圧縮バネは、同一形状のものであること、
   を特徴とする流体制御弁。

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