WO2013027695A1 - 液垂れ防止バルブ - Google Patents

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WO2013027695A1
WO2013027695A1 PCT/JP2012/070979 JP2012070979W WO2013027695A1 WO 2013027695 A1 WO2013027695 A1 WO 2013027695A1 JP 2012070979 W JP2012070979 W JP 2012070979W WO 2013027695 A1 WO2013027695 A1 WO 2013027695A1
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WO
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valve
diaphragm
dripping prevention
flow path
valve body
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/070979
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French (fr)
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和広 菅田
岳人 中垣
路生 宮下
Original Assignee
Ckd株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K15/00—Check valves
    • F16K15/18—Check valves with actuating mechanism; Combined check valves and actuated valves
    • F16K15/182—Check valves with actuating mechanism; Combined check valves and actuated valves with actuating mechanism
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F16K17/048—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded combined with other safety valves, or with pressure control devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm 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
    • F16K7/14—Diaphragm 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
    • F16K7/17—Diaphragm 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 actuated by fluid pressure
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    • Y10T137/00—Fluid handling
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    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7904—Reciprocating valves
    • Y10T137/7922—Spring biased
    • Y10T137/7924—Spring under tension

Definitions

  • the present invention relates to a dripping prevention valve used in a single wafer cleaning process in a semiconductor manufacturing apparatus.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques related to prevention of dripping.
  • the technique of Patent Document 1 includes a discharge valve 300 that closes a liquid discharge passage 200 communicating with an output nozzle 500 by a return spring 600, and an inner chamber 400 that communicates with the output nozzle 500.
  • the return spring 600 causes a part of the discharge valve 301 to enter the liquid discharge passage 200 to increase the volume of the inner chamber 400.
  • Patent Document 2 is synchronized with the diaphragm valve element in a chemical valve that is provided on the flow path through which the fluid flows and controls the supply of the fluid by operating the diaphragm valve element to contact or separate from the valve seat. This is a technique in which a diaphragm valve body for suckback that operates as described above is provided.
  • dripping from the nozzle is affected by the surface tension of the chemical.
  • a chemical solution having a large surface tension has a high viscosity and tends to be difficult to run out even after the valve is closed. As a result, dripping is likely to occur.
  • the solution runs out at the moment when the valve is closed, but it may be pushed by atmospheric pressure to bite bubbles. When bubbles are mixed into the chemical solution at the tip of the nozzle, the chemical solution is not uniformly applied, and cleaning unevenness occurs. Further, the liquid below the bubbles is not sucked into the nozzle and is liable to drip.
  • Patent Document 3 In order to solve the bubble problem and the liquid dripping problem, for example, the technique of Patent Document 3 is disclosed.
  • a large number of hollow fibers having a large number of fine holes on the outer peripheral surface and having a predetermined length and a small inner diameter are bundled with gaps between each other and stored in a housing. This is the technology of the discharge nozzle.
  • Patent Documents 1 to 3 have the following problems.
  • a part 301 of the valve body is plunged into the liquid discharge passage 200 against the hydraulic pressure to increase the inner chamber volume, and the liquid is discharged. It can be sucked back from the nozzle 500.
  • the urging force of the return spring 600 is too large compared to the hydraulic pressure, it may be impossible to move the discharge valve 300 to the open position next.
  • the valve closing speed of the discharge valve 300 becomes slow, and the impact (water hammer) transmitted to the liquid in the nozzle 500 when the valve is closed.
  • the valve body part 301 is inserted into the liquid discharge passage 200 to increase the volume of the inner chamber, so that the valve body part 301 is formed on the inner wall of the liquid discharge passage 200. It is necessary to adopt a configuration that makes sliding contact. Therefore, the structure of the valve body is complicated, and it is necessary to improve the processing accuracy, and there is a problem that the cost of the apparatus is easily increased.
  • the filling rate of the hollow fiber needs to be about 30 to 60% (see paragraph [0016]), and in order to flow the liquid at a predetermined flow rate, the housing diameter must be increased. There wasn't. For this reason, there has been a problem that it is difficult to meet the demand for reducing the size and weight of the valve.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a liquid dripping prevention valve that is easy to control liquid breakage when the valve is closed, is small and lightweight, and can easily form a laminar flow. It is in.
  • the dripping prevention valve of the present invention has the following configuration.
  • an input port that communicates with the input channel is formed on the upper surface of the channel block, and the output channel communicates with a lower surface of the channel block that faces the upper surface.
  • the output port is formed, the valve chamber is formed on the side surface of the flow path block, the air block abuts on the side surface, and the diaphragm valve body is a back chamber of the diaphragm valve body. Pressurized against It said valve seat and abutting with Rukoto, be spaced apart from the valve seat by the rear chamber to the negative pressure, characterized by.
  • a small and lightweight dripping prevention valve can be provided.
  • the configuration of the dripping prevention valve can be configured by three of the flow path block, the air block, and the diaphragm valve body, and the number of parts can be reduced and the size and weight can be reduced.
  • the diaphragm valve body has a simple structure that can prevent liquid dripping by abutting against the valve seat, it is possible to reliably prevent liquid dripping by ensuring the sealing force between the diaphragm valve body and the valve seat. can do. Furthermore, since the output flow path is formed in a straight line, the fluid tends to be laminar.
  • a diaphragm relief groove is formed around the valve seat, and the diaphragm relief groove is formed in a donut shape around the valve hole.
  • the valve chamber communication port through which the input flow path communicates with the valve chamber is preferably formed in the diaphragm escape groove.
  • the diaphragm valve element can be brought into contact with the valve seat with uniform stress over the entire circumference. Therefore, since the sealing force can be maintained uniformly over the entire circumference of the valve seat, liquid dripping can be reliably prevented.
  • the sealing force becomes non-uniform over the entire circumference of the valve seat, and there is a place where the sealing force is weak. Since there is a possibility of fluid leakage from a place where the sealing force is weak, it is not possible to reliably prevent dripping.
  • the diaphragm escape groove is formed in a donut shape and is formed over the entire circumference, the change in the shape of the diaphragm valve body is uniform over the entire circumference in the same manner as the shape of the diaphragm escape groove. Since the change in shape is uniform over the entire circumference, it is possible to prevent the contact surface between the diaphragm valve body and the valve seat from shifting. Therefore, the diaphragm valve body can be brought into contact with the valve seat with uniform stress over the entire circumference, and liquid dripping can be reliably prevented. Further, when the valve is opened, fluid exists in the diaphragm relief groove, and the fluid serves as a force for pushing up the diaphragm valve body in the valve opening direction. For this reason, the diaphragm relief groove is formed, so that the valve can be opened with a small negative pressure.
  • the sealing force between the diaphragm valve body and the valve seat can be maintained.
  • the depth of the diaphragm relief groove is preferably shallow. The reason is that the volume of the diaphragm relief groove is reduced because the diaphragm relief groove is shallow. Thereby, the fluid which exists in a diaphragm escape groove decreases, and the movement amount of the fluid which generate
  • the diaphragm relief groove includes a donut-shaped central convex portion and a donut-shaped outer peripheral convex portion formed around the valve seat. It is preferable that it is formed in between and that the central convex portion is lower than the valve seat surface.
  • the stress with which the diaphragm valve body presses the valve seat can be increased.
  • the reason is that the valve body portion of the diaphragm valve body comes into contact with the valve seat, and then the membrane portion pulls the valve body portion of the valve body portion. This is because the stress on the valve body can be increased by the film part pulling the valve body. Thereby, stress can be increased and sealing force can be increased.
  • the diaphragm relief groove is formed, so that the diaphragm valve body is uniform over the entire circumference with respect to the valve seat. It is preferable that the contact is caused by the stress.
  • the diaphragm valve body contacts the valve seat with uniform stress over the entire circumference.
  • turbulent flow can be made laminar.
  • the output flow path can be made as close to the valve hole as possible. Since the output flow path can be brought close to the valve hole, the dripping prevention valve can be reduced in size, and the fluid can be made into a laminar flow.
  • the input flow path, the output flow path, and the valve chamber are formed of a material having chemical resistance. It is preferable that a material having chemical resistance is coated.
  • the output flow path has a length that allows the fluid to become a laminar flow at the output port of the output flow path. are preferred.
  • turbulent flow can be made laminar.
  • the output flow path can be made as close to the valve hole as possible. Since the output flow path can be brought close to the valve hole, the dripping prevention valve can be reduced in size, and the fluid can be made into a laminar flow.
  • the output port is formed in an output nozzle.
  • a plurality of input channels, a plurality of output channels, a plurality of valve chambers, and a plurality of valves are provided in the channel block. It is preferable to have a plurality of valve holes, a plurality of valve seats, a plurality of air flow paths in the air block, and a plurality of diaphragm valve bodies corresponding to the plurality of valve seats.
  • a dripping prevention valve that is easy to control liquid breakage when the valve is closed, is small and lightweight, and can easily form a laminar flow.
  • FIG. 2 is a II-II sectional view of the dripping prevention valve (valve open state) shown in FIG.
  • FIG. 2 is a II-II sectional view of the dripping prevention valve (valve closed state) shown in FIG.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of an alternate long and short dash line P in a liquid dripping prevention valve (valve closed state) shown in FIG. 3. It is a section perspective view of a channel block concerning the present invention.
  • FIG. 3 is a flow diagram of the dripping prevention valve shown in FIG. 2. It is sectional drawing of the conventional dripping prevention valve (at the time of valve opening). It is sectional drawing of the conventional liquid dripping prevention valve (when a valve is closed).
  • FIG. 1 shows a front view of the dripping prevention valve
  • FIG. 2 shows a II-II sectional view of the dripping prevention valve (valve opened) shown in FIG. 1
  • FIG. 3 shows the dripping dripping shown in FIG.
  • FIG. 4 is a bottom view of the dripping prevention valve
  • FIG. 5 is a top view of the dripping prevention valve
  • FIG. 7 shows a partially enlarged view of a dash-dot line P in the liquid dripping prevention valve (valve closed state) shown in FIG. 7, and FIG.
  • the dripping prevention valve 1 has an air block 2, a diaphragm valve body 3, and a flow path block 4.
  • the diaphragm valve body 3 is sandwiched between the air block 2 and the flow path block 4.
  • the dripping prevention valve 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and as shown in FIG. 1, an input pipe 11 and an output nozzle 12 are formed from facing each other. When the dripping prevention valve 1 is in the valve open state, fluid flows in from the input pipe 11 and fluid flows out from the output nozzle 12.
  • the dripping prevention valve 1 is composed of an air block 2, a diaphragm valve element 3, and a flow path block 4. Therefore, the number of parts is small, and the liquid dripping prevention valve 1 can be reduced in size and weight. In addition, since the number of parts is small and the structure can be simplified, liquid dripping can be performed properly and liquid dripping can be reliably prevented.
  • the air block 2 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and has an upper surface 2B that faces each other, a contact side surface 2A that faces the lower surface 2C, and a non-contact surface 2D. As shown in FIGS. 2 and 5, an air port 21 is formed on the upper surface 2B.
  • the airport 21 communicates with an ejector or the like, which is a device for applying negative pressure (not shown), and a compressor, etc., which is a device for applying pressure (not shown).
  • valve chamber 50 As shown in FIG. 2, a part of the valve chamber 50 is formed on the contact side surface 2 ⁇ / b> A that contacts the flow path block 4.
  • the valve chamber 50 is partitioned by the diaphragm valve body 3, and a space related to the valve chamber 50 that is in contact with the valve seat 44 on the opposite back surface is defined as a back chamber 23.
  • the air flow path 22 is bent at a right angle in the air block 2 and communicates the air port 21 and the back chamber 23.
  • the diaphragm valve body 3 includes a valve body portion 31 that contacts the valve seat 44, a fixing portion 33 that fixes the diaphragm valve body 3, and a membrane portion that communicates the valve body portion 31 and the fixing portion 33.
  • the valve body portion 31 has a disk shape, and the film portion 32 is formed so as to surround the periphery of the valve body portion 31. Furthermore, a fixing part 33 is formed so as to surround the periphery of the film part 32.
  • the diaphragm valve element 3 is fixed in the valve chamber 50 by being sandwiched between the contact side surface 2A of the air block 2 and the contact side surface 4A of the flow path block 4.
  • the membrane portion 32 is bent and deformed in a state where the fixing portion 33 located on the outer peripheral portion is fixed. Therefore, the valve body part 31 located in the center part can move in the valve seat 44 direction or the back chamber 23 direction, and the valve body part 31 can be brought into contact with or separated from the valve seat 44. Since the film part 32 is formed in a thin film shape, it can be bent and deformed.
  • the flow path block 4 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and an input pipe 11 is formed in the vertical direction on the upper surface 4B shown in FIG. 5, and an output nozzle 12 is formed in the vertical direction on the lower surface 4C shown in FIG. .
  • an input port 51 is formed at the end of the input pipe 11, and an input flow path 41 is formed from the input port 51 to the surface chamber 53.
  • a valve chamber communication port 45 is formed at a communication port that communicates the input flow path 41 and the surface chamber 53.
  • the valve chamber 50 is partitioned by the diaphragm valve body 3, and a space corresponding to the surface in contact with the valve seat 44 is defined as a surface chamber 53.
  • the valve chamber 50 has a surface chamber 53 and a back chamber 23.
  • An output port 52 is formed at the end of the output nozzle 12, and an output flow path 42 is formed from the output port 52 to the surface chamber 53.
  • the output flow path 42 is formed linearly with respect to the output port 52. For this reason, the fluid that flows into the surface chamber 53 and becomes a turbulent flow tends to become a laminar flow.
  • the length of the output flow path 42 is arbitrarily designed to have a length that allows the fluid to become a laminar flow at the output port 52. This facilitates laminar flow formation of the fluid. Further, since the output port 52 is formed in the output nozzle 12, the output flow path 42 can be adjusted by the length of the nozzle, so that the overall weight can be reduced.
  • a circular valve hole 43 is formed at a communication port where the output flow path 42 communicates with the valve chamber 50.
  • a valve seat 44 that is convex and contacts the valve body 31 is formed in the periphery of the valve hole 43.
  • a doughnut-shaped diaphragm relief groove 46 is formed around the valve hole 43 and the valve seat 44.
  • the diaphragm relief groove 46 is formed between a donut-shaped central convex portion 47 and a donut-shaped outer peripheral convex portion 48 formed around the valve seat 44.
  • the central convex portion 47 has a smaller diameter than the outer peripheral convex portion 48 and is formed on the central side near the valve seat 44.
  • a central groove portion 49 is formed between the central convex portion 47 and the valve seat 44.
  • a valve chamber communication port 45 which is a connection portion between the input flow path 41 and the valve chamber 50, is formed on the diaphragm escape groove 46.
  • the opening of the valve chamber communication port 45 has a shape that fits between the central convex portion 47 and the outer peripheral convex portion 48. Therefore, the valve chamber communication port 45 is configured to be included in a part of the diaphragm escape groove 46.
  • the diaphragm relief groove 46 does not contact the bottom face 46 ⁇ / b> A of the diaphragm relief groove 46 when the valve body portion 31 of the diaphragm valve body 3 contacts the valve seat 4. It has a depth F1. Therefore, when the diaphragm valve body 3 comes into contact with the valve seat 44, a gap is always formed between the membrane portion 32 and the diaphragm escape groove 46.
  • the depth F1 of the bottom surface 46A is the length from the portion of the film portion 32 closest to the bottom surface 46A to the bottom surface 46A.
  • the depth F1 of the bottom surface 46A is preferably not too deep.
  • the depth F1 of the bottom surface 46A is shallower than the depth F2 of the bottom surface 49A of the central groove 49. The reason is that the volume M1 of the space formed by the diaphragm relief groove 46 (the volume M1 is indicated by a dotted line) is smaller than the volume M2 of the space formed by the central groove portion 49 (the volume M2 is indicated by a dotted line). It is to do.
  • the depth F1 of the bottom surface 46A is made shallower than the depth F2 of the bottom surface 49A of the center groove portion 49.
  • the depth F2 of the bottom surface 49A is the length of the central groove 49 up to the longest distance from the horizontal line T1 of the valve seat surface of the valve seat 44.
  • the fluid existing in the diaphragm escape groove 46 is reduced.
  • the amount of fluid movement from the diaphragm relief groove 46 that occurs when the diaphragm valve body 3 presses the diaphragm relief groove 46 is reduced. If the amount of movement of the fluid is large, the fluid moves in the direction of the valve seat 44, and the fluid has a force in a direction of pushing up the diaphragm valve body 3. When the diaphragm valve body 3 is pushed up, the sealing force of the diaphragm valve body 3 against the valve seat 44 is weakened.
  • the amount of fluid leaking to the diaphragm valve body 3 is reduced by reducing the amount of fluid existing in the diaphragm relief groove 46 and reducing the amount of fluid movement, and the sealing force between the diaphragm valve body 3 and the valve seat 44 is maintained. be able to.
  • the fluid reaches the volume M2 of the space formed in the central groove portion 49 having a large volume. Can move. Therefore, since the fluid that has moved can be poured, the fluid does not need to have a force in the direction of pushing up the diaphragm valve body 3. Therefore, the sealing force between the diaphragm valve body 3 and the valve seat 44 can be maintained.
  • the volume M1 of the space of the diaphragm relief groove 46 shown in FIG. 6 is determined by the distance between the central convex portion 47 and the outer peripheral convex portion 48 located in the same radial direction except for the depth F1 of the bottom surface 46A.
  • the volume M2 of the space of the central groove portion 49 is determined by the distance between the valve seat 44 and the central convex portion 47 located in the same radial direction except for the depth F2 to the bottom surface 49A. Therefore, the depth F1 of the bottom surface 46A is a depth that is set so that the volume M1 of the space of the diaphragm escape groove 46 is smaller than the volume M2 of the space of the center groove portion 49. It changes suitably in relation to the volume M2.
  • the relationship between the volume M1 of the space of the diaphragm escape groove 46 and the volume M2 of the space of the center groove portion 49 can be adjusted by adjusting the depth F2 of the bottom surface 49A. Further, the distance between the center-side convex portion 47 and the outer peripheral-side convex portion 48 and the distance between the valve seat 44 and the central-side convex portion 47 can be adjusted based on the relationship between the volume M1 and the volume M2.
  • the horizontal line T2 of the central convex part 47 (the horizontal line T2 is a line obtained by connecting the tops of the circular central convex parts 47 with a diameter line) (the bottom surface 4D).
  • the height when used as a reference is the horizontal line T1 of the valve seat surface of the valve seat 44 (the horizontal line T1 is a line obtained by connecting the tops of the circular valve seat 44 with a diameter line.) Is preferably lower than the height (the height when the bottom surface 4D is used as a reference; the same applies hereinafter).
  • the heights of the horizontal line T1 and the horizontal line T2 differ by the height S.
  • the stress with which the diaphragm valve body 3 presses the valve seat 44 can be increased.
  • the reason is that the valve body portion 31 of the diaphragm valve body 3 comes into contact with the valve seat 44, and the membrane portion 32 pulls the valve body portion 31 next. This is because the stress on the valve body 31 can be increased by the film part 32 pulling the valve body 31.
  • the flow path block 4 is formed of a chemical resistant material.
  • the input channel 41, the output channel 42, the valve chamber 50, and the like that are in contact with the fluid in the channel block 4 are covered with a chemical-resistant material.
  • the opened state of the dripping prevention valve 1 will be described.
  • the liquid dripping prevention valve 1 shown in FIG. 2 is in a valve open state in which the valve body portion 31 of the diaphragm valve body 3 is separated from the valve seat 44.
  • the fluid flowing in from the input port 51 flows out from the output port 52 through the input flow path 41, the surface chamber 53, the valve hole 43, and the output flow path 42.
  • a negative pressure is applied from the air port 21 by an ejector (not shown) or the like.
  • the air in the back chamber 23 is sucked and the air passes through the air flow path 22 and is exhausted from the air port 21.
  • the diaphragm valve body 3 is also sucked, and the valve body portion 31 is separated from the valve seat 44.
  • the diaphragm valve element 3 can be separated from the valve seat 44 by negative pressure. Therefore, the number of parts required when opening the valve can be reduced. Since the liquid dripping prevention valve can be constituted by the air block 2, the diaphragm valve body 3, and the flow path block 4, the number of parts can be reduced and the size and weight can be reduced.
  • the closed state of the dripping prevention valve 1 will be described.
  • the liquid dripping prevention valve 1 shown in FIG. 2 is pressurized from the air port 21 by a compressor or the like (not shown).
  • the back chamber 23 is filled with air.
  • the diaphragm valve body 3 is pressed and the valve body 31 is brought into contact with the valve seat 44.
  • the valve hole 43 is sealed, and in the state shown in FIG. 3, the fluid that flows in from the input port 51 does not flow into the output channel 42 and does not flow out of the output port 52.
  • FIG. 8 shows a stress distribution diagram of stresses related to the valve seat 44 and the valve seat periphery when the valve chamber 50 of the dripping prevention valve 1 (when the valve is closed) is viewed from the air block 2 direction.
  • FIG. 9 is a stress distribution diagram of stresses related to the valve seat 44J and the valve seat periphery when the valve chamber of the dripping prevention valve (when the valve is closed) that does not form the diaphragm relief groove is viewed from the air block direction.
  • FIG. 10 shows a stress distribution diagram of the stress relating to the diaphragm valve body 3 of the liquid dripping prevention valve 1 (when the valve is closed).
  • FIG. 11 shows a stress distribution diagram of the stress relating to the diaphragm valve body 3J of the dripping prevention valve (when the valve is closed) that does not form the diaphragm relief groove.
  • the part number about the dripping prevention valve of FIG.9 and FIG.11 shall be the number which attached
  • the diaphragm valve body 3J is pressed by the valve chamber communication port 45J which is a space, and stress is generated. Because. Specifically, the diaphragm valve body 3J is pressed by air in the direction of the valve seat 44J. If air is original, force is equally applied from the back surface of the diaphragm valve body 3J. However, when the diaphragm relief groove 46 is not formed, a stress is applied to the valve chamber communication port 45J which is the only space. Therefore, in the diaphragm valve body 3J, only a part of the film part 32J is recessed.
  • valve seat 44 is equally stressed over the entire circumference.
  • membrane part 32 of the diaphragm valve body 3 are also in the state where stress is equally high.
  • the diaphragm relief groove 46 is formed in a donut shape and is formed over the entire circumference, the change in the shape of the diaphragm valve body 3 is also uniformly deformed over the entire circumference in the same manner as the shape of the diaphragm relief groove 46. . Since the change in shape is uniform over the entire circumference, it is possible to prevent the contact surface between the diaphragm valve body 3 and the valve seat 44 from shifting. Therefore, the diaphragm valve body 3 can be brought into contact with the valve seat 44 with uniform stress over the entire circumference, and liquid dripping can be reliably prevented.
  • FIG. 13 shows a graph of the relationship between the operating pressure of the dripping prevention valve 1 and the fluid pressure.
  • the diaphragm relief groove 46 since the diaphragm relief groove 46 is formed, it is possible to apply stress evenly to the valve seat 44 and the valve body portion 31 and increase the sealing force. As a result, even if the operating pressure is reduced, it can be surely sealed and liquid dripping can be prevented. Further, since the diaphragm relief groove 46 is formed, the fluid existing in the diaphragm relief groove 46 when the valve is opened serves to push up the diaphragm valve body 3 in the valve opening direction. Therefore, the diaphragm relief groove 46 is formed, so that the valve can be opened with a small negative pressure.
  • the operating pressure can be about 60 kPa in Q1 where the fluid pressure is 50 kPa.
  • the operating pressure can be about 110 kPa.
  • the operating pressure can be about 150 kPa.
  • the operating pressure can be about 200 kPa.
  • the operating pressure can be about 230 kPa.
  • the operating pressure can be about 280 kPa.
  • FIG. 12 shows a flow diagram of the dripping prevention valve 1 shown in FIG.
  • the stream line flowing through the input flow path 41 is straight until it enters the valve chamber 50, and thus flows straight. Subsequently, when the fluid enters the valve chamber 50, the fluid collides with the wall surface in the valve chamber 50 to generate turbulent flow, and the streamline has a complicated shape. However, the streamline that has flowed into the output flow path 42 from the valve chamber 50 becomes a laminar flow that is straight but is turbulent before it flows out of the output port 52. The reason is that the fluid becomes a laminar flow because the output flow path 42 extends linearly to the output port 52. Further, the length of the output flow path 42 is arbitrarily designed to have a length that allows the fluid to become a laminar flow at the output port 52. Therefore, since the formation of a laminar flow of the fluid is facilitated, the streamlines shown in FIG. 12 are shown in a straight line.
  • the film portion 32 of the diaphragm valve body 3 is shown as an even thin plate, but the portion that contacts the central convex portion 47 can be partially thickened.
  • the durability can be improved by increasing the thickness of the portion in contact with the center-side convex portion 47.
  • the flow path block 4 is shown as a rectangular parallelepiped shape in the present embodiment, only the surface that is in contact with the air block 2 can be a flat surface. That is, the shape of the flow path block 4 is not limited to a rectangular parallelepiped shape, and may be any shape such as a substantially cylindrical shape as long as the surface contacting the air block 2 is a flat surface.
  • the fluid flows in from the input flow path and is discharged from the flow out flow path, but by using the liquid dripping prevention valve 1 shown in FIGS. 2 and 3 in reverse, The fluid flow can be reversed.
  • the input flow path and the output flow path are reversed, the input pipe 11 becomes the output nozzle, and the output nozzle 12 becomes the input pipe.
  • the dripping prevention valve 1 in this embodiment can be incorporated in the manifold base.
  • the dripping prevention valve 1 can be incorporated, space saving can be achieved.
  • the dripping prevention valve 1 can be connected in series. It can also be connected in a circumferential shape.
  • the manifold base in which the dripping prevention valves 1 in this embodiment are assembled.
  • the manifold base in which the dripping prevention valves 1 are assembled has the same effects as the dripping prevention valve 1 in the present embodiment.
  • the manifold base may include other fluid control valves including the dripping prevention valve 1.
  • a dripping prevention valve can be made into a manifold.
  • the flow block has a plurality of input flow paths, a plurality of output flow paths, a plurality of valve chambers, a plurality of valve holes, and a plurality of valve seats.
  • the diaphragm valve element can be manifolded by having a plurality of valve seats and a plurality of corresponding dripping prevention valves.

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Abstract

　液垂れ防止バルブ（１）には、入力ポート（５１）が流路ブロック（４）の上面（４Ｂ）に形成され、流路ブロック（４）のうち上面（４Ｂ）と対向する下面（４Ｃ）に出力ポート（５２）が形成されている。また、流路ブロック（４）の側面（４Ａ）に弁室（５０）が形成され、側面（４Ａ）にエアブロック（２）が当接する。さらに、ダイアフラム弁体（３）は、ダイアフラム弁体（３）の背面室（２３）に対して加圧することで弁座（４４）と当接し、背面室（２３）を負圧にすることで弁座（４４）と離間する液垂れ防止バルブ（１）とする。

Description

液垂れ防止バルブ
　本発明は、半導体製造装置における枚葉洗浄工程に使用する液垂れ防止バルブに関する。
　半導体製造装置の洗浄プロセスには、バッチ洗浄と枚葉洗浄とがあるが、半導体ウェハの大型化やチップの微細化及び配線の多層化等に適し、廃液処理に対する環境負荷の少ない枚葉洗浄が、近年増加している。枚葉洗浄は、薬液をノズルから塗布して半導体ウェハを一枚一枚洗浄する方法であるので、洗浄毎にノズル先端から垂れ落ちる液垂れ現象を防止する必要がある。そこで、例えば、特許文献１、２に、液垂れ防止に関する技術が開示されている。
　特許文献１の技術は、図１４、図１５に示すように、出力ノズル５００に連通する液体排出通路２００を戻しばね６００によって閉じる排出弁３００と、出力ノズル５００に連通する内室４００とを備え、排出弁３００を閉じた後に液体を出力ノズル５００から吸い戻すため、戻しばね６００によって排出弁の一部３０１を液体排出通路２００内に突入させて内室４００の容積を増大させる技術である。
　また、特許文献２の技術は、流体が流れる流路上に設けられ、ダイアフラム弁体を作動させて弁座に当接又は離間させることにより流体の供給を制御する薬液弁において、ダイアフラム弁体と同期して作動するサックバック用ダイアフラム弁体を設けた技術である。
　また、ノズルからの液垂れは、薬液の表面張力によっても影響される。例えば、表面張力の大きい薬液は、粘度が高く、バルブを閉じた後でも液切れしにくい傾向にあり、結果として、液垂れも生じやすい。反対に、表面張力の小さい薬液では、バルブを閉じた瞬間に液切れはするが、大気圧に押されて気泡を噛み込む場合がある。そして、ノズル先端部の薬液に気泡が混入すると、薬液が均一に塗布されず、洗浄ムラが発生する。また、気泡より下方の液体は、ノズル内に吸引されずに液垂れも、生じやすい。
　この気泡問題と、液垂れ問題を解決するために、例えば、特許文献３の技術が開示されている。特許文献３の技術は、外周面に多数の微細孔を有し、所定の長さと微小な内径とを有する多数の中空繊維を、互いの間に隙間を設けて束にして、ハウジング内に収納した吐出ノズルの技術である。
特開昭５８－２８０７２号公報 特開２００３－２７８９２７号公報 特開２０００－１２４１２６号公報
　しかしながら、特許文献１～３に記載された技術には、次のような問題があった。特許文献１の技術では、戻しばね６００によって排出弁３００を閉じた後に、液圧に抗して弁体の一部３０１を液体排出通路２００内に突入させて内室容積を増大させ、液体をノズル５００から吸い戻すことができる。しかし、液圧に比較して、戻しばね６００の付勢力が大きすぎると、次に排出弁３００を開放位置に移動させることができなくなることがある。その結果、戻しばね６００によって弁閉方向に作用するばね付勢力を小さくせざるを得ないので、排出弁３００の弁閉スピードが遅くなり、弁閉時にノズル５００内の液体に伝わる衝撃（水撃）が小さくなる傾向にあった。そして、弁閉時の水撃が小さいと、ノズル先端での慣性力を利用した液切れが適正に行われないという問題があった。結局、弁閉時におけるノズル先端での液切れが適正に行われなければ、その後に吸引を行っても、液垂れを確実に防止することができないのである。
　また、特許文献１の技術では、弁体の一部３０１を液体排出通路２００内に突入させて内室容積を増大させる構造であるので、弁体の一部３０１は液体排出通路２００の内壁に摺接する構成をとる必要がある。そのため、弁体の構造が複雑となり、加工精度も高める必要があるので、装置のコスト高に繋がり易いという問題もあった。
　さらに、特許文献１の技術では、液体が戻しばね６００の螺旋形状の間を通過するので、乱流が生じやすい。そのため、乱流を層流に戻すために、戻しばね６００が当接する内室端からノズル先端までのノズル内流路を所定の長さ以上確保する必要があった。その結果、バルブ装置の軸線方向のサイズが大きくなり、バルブの小型軽量化を図ることが困難であった。
　また、特許文献２の技術では、ダイアフラム弁体と同期して作動するサックバック用ダイアフラム弁体を設けたので、弁体を閉じると同時に薬液を吸引できる。したがって、特許文献１の技術よりも、弁閉時におけるノズル先端での液切れが適正に行われやすい。しかし、薬液を供給する回路とは別に、サックバック回路を設けているので、バルブ全体のサイズが大きくなると同時に、重量が重くなり、バルブの小型軽量化の要請に応えることは困難であるという問題があった。
　さらに、特許文献３の技術では、中空繊維の充填率を３０～６０％程度にする必要があり（段落［００１６］参照）、液体を所定流量流すためには、ハウジング径を大きくせざるを得なかった。そのため、バルブの小型軽量化の要請に応えることが困難であるという問題があった。
　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、その目的は、バルブ閉時の液切れが制御しやすく、小型軽量で層流形成が容易な液垂れ防止バルブを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の液垂れ防止バルブは、次のような構成を有している。
（１）入力流路と、出力流路と、前記入力流路と前記出力流路が連通する弁室とを有し、前記弁室内のうち前記出力流路が連通する弁孔の周辺部に弁座が形成されている流路ブロックと、エア流路が形成されたエアブロックと、前記流路ブロックと前記エアブロックの間に固定された前記弁座に当接離間するダイアフラム弁体とを有する液垂れ防止バルブにおいて、前記入力流路が連通する入力ポートが前記流路ブロックの上面に形成されていること、前記流路ブロックのうち前記上面と対向する下面に前記出力流路が連通する出力ポートが形成されていること、前記流路ブロックの側面に前記弁室が形成されていること、前記側面に前記エアブロックが当接すること、前記ダイアフラム弁体は、前記ダイアフラム弁体の背面室に対して加圧することで前記弁座と当接し、前記背面室を負圧にすることで前記弁座と離間すること、を特徴とする。
　上記構成により、小型軽量の液垂れ防止バルブを提供することができる。負圧によりダイアフラム弁体を弁座と離間させることにより、弁開する際に必要とされる部品点数を少なくすることができる。そのため、液垂れ防止バルブの構成を流路ブロック、エアブロック、ダイアフラム弁体の３つにより構成させることができ、部品点数を少なく小型軽量化を図ることができる。
　また、部品点数が少なく構造を単純化することができるため、液垂れを確実に防止することができる。具体的には、ダイアフラム弁体が弁座に当接することにより液垂れを防止することができる単純構造であるため、ダイアフラム弁体と弁座のシール力を確保することで液垂れを確実に防止することができる。さらに、出力流路が直線状に形成されていることにより、流体が層流になりやすい。
（２）（１）に記載する液垂れ防止バルブにおいて、前記弁座周辺にダイアフラム逃げ溝が形成されていること、前記ダイアフラム逃げ溝は、前記弁孔を中心にドーナツ形状に形成されていること、前記入力流路が前記弁室に連通している弁室連通口は、前記ダイアフラム逃げ溝に形成されていること、が好ましい。
　上記構成により、ダイアフラム弁体を弁座に対して全周にわたって均一の応力により当接させることができる。そのため、シール力を弁座の全周において均一に維持できるため、液垂れを確実に防止することができる。
　具体的には、ダイアフラム逃げ溝が存在しない場合にあっては、ダイアフラム弁体に対して背面室から加圧されると、ダイアフラム弁体は空間である弁室連通口に押される形になる。そのため、ダイアフラム弁体のうち弁室連通口に当たる一部のみが凹んだ形となる。ダイアフラム弁体の一部の形状が変化すると弁座と当接するダイアフラム弁体の当接部がずれこむ。その結果、ダイアフラム逃げ溝が存在しない場合では、ダイアフラム弁体が弁座とずれるため、全周にわたって均一の応力により当接させることができない。そのため、シール力が弁座の全周において不均一になり、シール力の弱いところができる。シール力の弱いところから流体の漏れが発生する可能性があるので、確実に液垂れを防止することができない。
　それに対して、ダイアフラム逃げ溝がドーナツ形状に形成され全周にわたり形成されているため、ダイアフラム弁体の形状の変化もダイアフラム逃げ溝の形状と同様に全周にわたり均一となる。形状の変化が全周にわたり均一であることにより、ダイアフラム弁体と弁座との当接面がずれることを防止することができる。そのため、ダイアフラム弁体を弁座に対して全周にわたって均一の応力により当接させることができ、液垂れを確実に防止することができる。また、弁開時においてダイアフラム逃げ溝に流体が存在し、流体がダイアフラム弁体を弁開方向へと押し上げる力となる。そのため、ダイアフラム逃げ溝が形成されていることにより小さな負圧の力により弁開することができる。
（３）（２）に記載する液垂れ防止バルブにおいて、前記ダイアフラム逃げ溝は、前記ダイアフラム弁体が前記弁座に当接したときに前記ダイアフラム弁体の膜部が前記ダイアフラム逃げ溝の底に当接しない深さを有すること、が好ましい。
　上記構成により、ダイアフラム弁体と弁座とのシール力を保つことができる。具体的には、ダイアフラム逃げ溝の深さは浅いことが好ましい。その理由は、ダイアフラム逃げ溝が浅いことにより、ダイアフラム逃げ溝の容積が小さくなる。それにより、ダイアフラム逃げ溝に存在する流体が少なくなり、ダイアフラム弁体がダイアフラム逃げ溝を押圧した場合に発生する流体の移動量が少なくなる。流体がダイアフラム逃げ溝から弁座方向に移動するとダイアフラム弁体を押し上げる方向に力が発生する。ダイアフラム弁体が押し上げられると、シール力が弱くなるため問題となる。また、その分シール力を増すために加圧をしなければならず使用するエネルギーが大きくなるため問題となる。そこで、ダイアフラム逃げ溝の容積を小さくし、流体の移動量を少なくすることでダイアフラム弁体の流体が漏れる量が減り、ダイアフラム弁体と弁座のシール力を保つことができる。
（４）（２）又は（３）に記載する液垂れ防止バルブにおいて、前記ダイアフラム逃げ溝は、前記弁座周辺に形成されたドーナツ形状の中心側凸部、及びドーナツ形状の外周側凸部の間に形成されていること、前記中心側凸部は前記弁座面よりも低いこと、が好ましい。
　上記構成により、ダイアフラム弁体が弁座を押圧する応力を高めることができる。その理由は、ダイアフラム弁体の弁体部が弁座に当接し、次に弁体部を膜部が弁体部を引っ張る形となる。膜部が弁体部を引っ張ることにより弁体部に係る応力を高めることができるためである。それにより、応力を高めシール力を大きくすることができる。
（５）（２）乃至（４）に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、前記ダイアフラム逃げ溝が形成されていることにより、前記ダイアフラム弁体が前記弁座に対して全周にわたって均一の応力により当接すること、が好ましい。
　上記構成により、ダイアフラム弁体が弁座に対して全周にわたって均一の応力により当接する。よって、乱流を層流にすることができる。具体的には、部品点数が少なく構造を単純化することができるため、出力流路を最大限弁孔に近づけることができる。出力流路を弁孔に近づけることができることにより、液垂れ防止バルブを小型化することができ、さらに流体を層流にすることができる。
（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、前記入力流路、前記出力流路、及び前記弁室が、耐薬品性を有する素材で形成されていること、又は耐薬品性を有する素材が被覆されていること、が好ましい。
　上記構成により、耐薬品性を高くすることができる。そのため、流体を汚染することなく流出させることができる。
（７）（１）乃至（６）に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、前記出力流路は、前記出力流路の出力ポートにおいて流体が層流になるだけの長さを有すること、が好ましい。
　上記構成により、乱流を層流にすることができる。具体的には、部品点数が少なく構造を単純化することができるため、出力流路を最大限弁孔に近づけることができる。出力流路を弁孔に近づけることができることで、液垂れ防止バルブを小型化することができ、さらに流体を層流にすることができる。
（８）（１）乃至（７）に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、前記出力ポートは出力ノズルに形成されていること、が好ましい。
　上記構成により、出力ノズルの長さで出力流路の長さを調整できるため液垂れ防止バルブ全体の軽量化を図ることができる。
（９）（１）乃至（８）に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、マニホールドベースに設置すること、が好ましい。
　上記構成により、省スペース化を図ることができる。また、後付けでマニホールドベースに組み入れることができるため、交換が容易である。
（１０）（１）乃至（８）に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、前記流路ブロック内に複数の入力流路と、複数の出力流路と、複数の弁室と、複数の弁孔と、複数の弁座とを有すること、前記エアブロック内に複数のエア流路を有すること、前記ダイアフラム弁体は前記複数の弁座と対応する複数個有すること、が好ましい。
　上記構成により、マニホールド化することができる。マニホールド化することにより、液垂れ防止バルブの作用効果をそのままに省スペース化を図ることができる。
　本発明によれば、バルブ閉時の液切れが制御しやすく、小型軽量で層流形成が容易な液垂れ防止バルブを提供することができる。
本発明に係る液垂れ防止バルブの実施形態を構成する正面図である。 図１に示す液垂れ防止バルブ（弁開状態）のII－II断面図である。 図１に示す液垂れ防止バルブ（弁閉状態）のII－II断面図である。 本発明に係る液垂れ防止バルブの実施形態を構成する下面図である。 本発明に係る液垂れ防止バルブの実施形態を構成する上面図である。 図３に示す液垂れ防止バルブ（弁閉状態）の一点鎖線Ｐの部分拡大図である。 本発明に係る流路ブロックの断面斜視図である。 本発明に係る液垂れ防止バルブ（弁閉時）の弁室をエアブロック方向から見た場合の弁座及び弁座周辺部に係る応力の応力分布図である。 ダイアフラム逃げ溝を形成しない液垂れ防止バルブ（弁閉時）の弁室をエアブロック方向から見た場合の弁座及び弁座周辺部に係る応力の応力分布図である。 本発明に係る液垂れ防止バルブ（弁閉時）のダイアフラム弁体に係る応力の応力分布図である。 ダイアフラム逃げ溝を形成しない液垂れ防止バルブ（弁閉時）のダイアフラム弁体に係る応力の応力分布図である。 本発明に係る液垂れ防止バルブの動作圧力と流体圧力との関係を示した図である。 図２に示す液垂れ防止バルブにおける流線図である。 従来の液垂れ防止バルブ（弁開時）の断面図である。 従来の液垂れ防止バルブ（弁閉時）の断面図である。
　次に、本発明に係る液垂れ防止バルブの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１に、液垂れ防止バルブの正面図を示し、図２に、図１に示す液垂れ防止バルブ（弁開状態）のII－II断面図を示し、図３に、図１に示す液垂れ防止バルブ（弁閉状態）のII－II断面図を示し、図４に、液垂れ防止バルブの下面図を示し、図５に、液垂れ防止バルブの上面図を示し、図６に、図３に示す液垂れ防止バルブ（弁閉状態）の一点鎖線Ｐの部分拡大図を示し、図７に、流路ブロックの断面斜視図を示す。
＜液垂れ防止バルブの全体構成＞
　図２に示すように、液垂れ防止バルブ１は、エアブロック２、ダイアフラム弁体３及び流路ブロック４を有する。ダイアフラム弁体３は、エアブロック２及び流路ブロック４の間に狭持されている。液垂れ防止バルブ１は、略直方体形状であり、図１に示すように、対面から入力配管１１及び出力ノズル１２が形成されている。液垂れ防止バルブ１が弁開状態にあるときは、入力配管１１から流体が流入し、出力ノズル１２から流体が流出する。
　液垂れ防止バルブ１は、エアブロック２、ダイアフラム弁体３、及び流路ブロック４の３つにより構成されている。そのため、部品点数が少なく液垂れ防止バルブ１の小型軽量化を図ることができる。また、部品点数が少なく構造を単純化することができるため、液垂れを適正に行うことができ、液垂れを確実に防止することができる。
　［エアブロックの構成］
　エアブロック２は、略直方体形状であり、図２に示すように、対向する上面２Ｂ、下面２Ｃと対向する当接側面２Ａ、非当接面２Ｄを有する。図２及び図５に示すように、上面２Ｂには、エアポート２１が形成されている。エアポート２１は、図示しない負圧にするための装置であるエジェクタ等、及び図示しない加圧するための装置であるコンプレッサ等と連通している。
　図２に示すように、流路ブロック４と当接する当接側面２Ａには、弁室５０の一部が形成されている。ダイアフラム弁体３により弁室５０は区切られ、弁座４４と当接する反対の背面に当たる弁室５０に係る空間を背面室２３とする。エア流路２２はエアブロック２内で直角に屈曲し、エアポート２１及び背面室２３を連通している。
　［ダイアフラム弁体の構成］
　図６に示すように、ダイアフラム弁体３は、弁座４４と当接する弁体部３１と、ダイアフラム弁体３を固定する固定部３３と、弁体部３１と固定部３３を連通する膜部３２を有する。弁体部３１は円板形状をしており、膜部３２が弁体部３１の周辺を囲むように形成されている。さらに、膜部３２の周辺を囲むように固定部３３が形成されている。
　図２に示すように、ダイアフラム弁体３は、エアブロック２の当接側面２Ａと流路ブロック４の当接側面４Ａとに狭持されることにより、弁室５０内に固定されている。ダイアフラム弁体３は、外周部に位置する固定部３３が固定された状態で、膜部３２は湾曲し変形する。そのため、中心部に位置する弁体部３１は、弁座４４方向又は背面室２３方向に移動することができ、弁体部３１を弁座４４に当接又は離間させることができる。膜部３２は薄膜状で構成されているため湾曲し変形することができる。
　［流路ブロックの構成］
　流路ブロック４は略直方体形状であり、図５に示す上面４Ｂには垂直方向に入力配管１１が形成されており、図４に示す下面４Ｃには垂直方向に出力ノズル１２が形成されている。図２に示すように、入力配管１１の端部には入力ポート５１が形成されており、入力ポート５１から表面室５３にかけて入力流路４１が形成されている。入力流路４１と表面室５３とを連通する連通口には、弁室連通口４５が形成されている。ダイアフラム弁体３により弁室５０は区切られ、弁座４４と当接する表面に当たる空間を表面室５３とする。弁室５０は、表面室５３及び背面室２３を有する。
　出力ノズル１２の端部には出力ポート５２が形成されており、出力ポート５２から表面室５３にかけて出力流路４２が形成されている。出力流路４２は、出力ポート５２に対して直線状に形成されている。そのため、表面室５３に流入し一端乱流になった流体が層流になりやすい。出力流路４２の長さは、出力ポート５２において流体が層流になるだけの長さを有するように任意に設計する。それにより、流体の層流形成が容易になる。また、出力ポート５２は出力ノズル１２に形成されていることにより、出力流路４２をノズルの長さで調整することができるため全体の軽量化を図ることができる。
　図７に示すように、出力流路４２が弁室５０と連通する連通口には円形状の弁孔４３が形成されている。弁孔４３の周辺部には凸形状であり弁体部３１と当接する弁座４４が形成されている。図７に示すように、弁孔４３及び弁座４４を中心にその周辺部にはドーナツ形状であるダイアフラム逃げ溝４６が形成されている。ダイアフラム逃げ溝４６は、弁座４４周辺に形成されたドーナツ形状の中心側凸部４７及びドーナツ形状の外周側凸部４８の間に形成されている。中心側凸部４７の方が外周側凸部４８よりも径が小さく、弁座４４に近い中心側に形成されている。中心側凸部４７と弁座４４の間には中心溝部４９が形成されている。ダイアフラム逃げ溝４６上には、入力流路４１と弁室５０の連結部である弁室連通口４５が形成されている。弁室連通口４５の開口部は、中心側凸部４７から外周側凸部４８まで間に収まる形状である。そのため、弁室連通口４５は、ダイアフラム逃げ溝４６の一部に含まれた構成となっている。
　ダイアフラム逃げ溝４６は、図６に示すように、ダイアフラム弁体３の弁体部３１が弁座４に当接したときに、膜部３２がダイアフラム逃げ溝４６の底面４６Ａに当接することのない深さＦ１を有する。そのため、ダイアフラム弁体３が弁座４４に当接した場合に、必ず膜部３２とダイアフラム逃げ溝４６の間には隙間が形成されることになる。ここで底面４６Ａの深さＦ１とは、膜部３２のうち最も底面４６Ａと近い部分から底面４６Ａまでの長さのことである。
　他方、底面４６Ａの深さＦ１は、深すぎないことが好ましい。本実施形態においては、底面４６Ａの深さＦ１を中心溝部４９の底面４９Ａの深さＦ２よりも浅くしている。その理由は、ダイアフラム逃げ溝４６により形成される空間の容積Ｍ１（容積Ｍ１を点描で示す。）を、中心溝部４９により形成される空間の容積Ｍ２（容積Ｍ２を点描で示す。）よりも小さくするためである。ダイアフラム逃げ溝４６の空間の容積Ｍ１を中心溝部４９の空間の容積Ｍ２より小さくするため、中心溝部４９の底面４９Ａの深さＦ２より底面４６Ａの深さＦ１を浅くする。ここで、底面４９Ａの深さＦ２とは、中心溝部４９のうち弁座４４の弁座面の水平線Ｔ１からの距離が最も距離が長い部分までの長さのことである。
　ダイアフラム逃げ溝４６に形成される空間の容積Ｍ１が中心溝部４９に形成される空間の容積Ｍ２よりも小さいことにより、ダイアフラム逃げ溝４６に存在する流体が少なくなる。それにより、ダイアフラム弁体３がダイアフラム逃げ溝４６を押圧した場合に発生するダイアフラム逃げ溝４６からの流体の移動量が少なくなる。仮に、流体の移動量が多い場合には、流体が弁座４４方向に移動し、流体がダイアフラム弁体３を押し上げる方向の力となる。ダイアフラム弁体３が押し上げられると、ダイアフラム弁体３の弁座４４に対するシール力が弱くなる。また、その分シール力を増すために加圧をしなければならず使用するエネルギーが大きくなる。そのため、ダイアフラム逃げ溝４６に存在する流体を少なくし、流体の移動量を少なくすることでダイアフラム弁体３へ流体が漏れる量が減り、ダイアフラム弁体３と弁座４４の間のシール力を保つことができる。
　また、ダイアフラム逃げ溝４６に形成される空間の容積Ｍ１が中心溝部４９に形成される空間の容積Ｍ２よりも小さい場合には、流体は容積の大きい中心溝部４９に形成される空間の容積Ｍ２に移動することができる。そのため、移動した流体を流し込むことができることにより、流体はダイアフラム弁体３を押し上げる方向の力にならずに済む。そのため、ダイアフラム弁体３と弁座４４の間のシール力を保つことができる。
　但し、図６に示すダイアフラム逃げ溝４６の空間の容積Ｍ１は、底面４６Ａの深さＦ１以外では、同径方向に位置する中心側凸部４７と外周側凸部４８までの距離により決定する。また、同じく中心溝部４９の空間の容積Ｍ２は、底面４９Ａまでの深さＦ２以外では、同径方向に位置する弁座４４と中心側凸部４７までの距離により決定する。そのため、底面４６Ａの深さＦ１は、ダイアフラム逃げ溝４６の空間の容積Ｍ１が中心溝部４９の空間の容積Ｍ２よりも小さくするために設定される深さであることから、中心溝部４９の空間の容積Ｍ２との関係で適宜変更する。反対に、底面４９Ａの深さＦ２を調整することにより、ダイアフラム逃げ溝４６の空間の容積Ｍ１と中心溝部４９の空間の容積Ｍ２との関係を調整することもできる。さらに、容積Ｍ１及び容積Ｍ２との関係で調整するのは、中心側凸部４７と外周側凸部４８までの距離及び弁座４４と中心側凸部４７までの距離とすることもできる。
　図６に示すように、中心側凸部４７の水平線Ｔ２（水平線Ｔ２とは、円形状の中心側凸部４７の頂上部を直径線で結んだ線をいう。）の高さ（底面４Ｄを基準とした場合の高さ。以下同様。）は、弁座４４の弁座面の水平線Ｔ１（水平線Ｔ１とは、円形状の弁座４４の頂上部を直径線で結んだ線をいう。）の高さ（底面４Ｄを基準とした場合の高さ。以下同様。）よりも低いことが好ましい。具体的には、水平線Ｔ１と水平線Ｔ２の高さは、高さＳだけ異なる。高さＳだけ異なることで、ダイアフラム弁体３が弁座４４を押圧する応力を高めることができる。その理由は、ダイアフラム弁体３の弁体部３１が弁座４４に当接し、次に弁体部３１を膜部３２が引っ張る形となる。膜部３２が弁体部３１を引っ張ることにより弁体部３１に係る応力を高めることができるからである。
　流路ブロック４は、耐薬品性を有する素材で形成されている。または、流路ブロック４のうち流体と接触する入力流路４１、出力流路４２、及び弁室５０等については、耐薬品性を有する素材を被覆される。それにより、液垂れ防止バルブ１を流れる流体が例えば腐食性を有する流体であっても汚染することなく流出させることができる。
＜液垂れ防止バルブの作用効果＞
　液垂れ防止バルブ１の開弁状態について説明する。図２に示す液垂れ防止バルブ１は、ダイアフラム弁体３の弁体部３１が弁座４４から離間した開弁状態にある。図２に示す状態においては、入力ポート５１から流入した流体は、入力流路４１、表面室５３、弁孔４３、出力流路４２を介し出力ポート５２から流出する。
　図２に示すように液垂れ防止バルブ１を開弁状態とするには、図示しないエジェクター等によりエアポート２１から負圧する。それにより、背面室２３内のエアが吸引されエアはエア流路２２を通りエアポート２１から排気される。背面室２３内のエアが吸引されることにより、ダイアフラム弁体３も吸引され、弁体部３１は弁座４４から離間する。本実施形態においては、負圧によりダイアフラム弁体３を弁座４４と離間させることができる。そのため、弁開する際に必要とされる部品点数を少なくすることができる。液垂れ防止バルブの構成をエアブロック２、ダイアフラム弁体３、及び流路ブロック４の３つにより構成させることができるため、部品点数を少なく小型軽量化を図ることができる。
　液垂れ防止バルブ１の閉弁状態について説明する。図２に示す液垂れ防止バルブ１に対して、図示しないコンプレッサ等によりエアポート２１から加圧する。それにより、背面室２３内にエアが充填される。背面室２３内にエアが充填されることにより、ダイアフラム弁体３は押圧され弁体部３１が弁座４４に当接される。それにより、弁孔４３は封止されるため、図３に示す状態においては、入力ポート５１から流入した流体は、出力流路４２へと流入せず、出力ポート５２から流出しない。
　［弁閉弁開時の応力の変化］
　続いて、本実施形態における液垂れ防止バルブ１を使用した場合のダイアフラム弁体３に係る応力の変化について説明する。
　図８に、液垂れ防止バルブ１（弁閉時）の弁室５０をエアブロック２方向から見た場合の弁座４４及び弁座周辺部に係る応力の応力分布図を示す。図９に、ダイアフラム逃げ溝を形成しない液垂れ防止バルブ（弁閉時）の弁室をエアブロック方向から見た場合の弁座４４Ｊ及び弁座周辺部に係る応力の応力分布図を示す。図１０に、液垂れ防止バルブ１（弁閉時）のダイアフラム弁体３に係る応力の応力分布図を示す。図１１に、ダイアフラム逃げ溝を形成しない液垂れ防止バルブ（弁閉時）のダイアフラム弁体３Ｊに係る応力の応力分布図を示す。なお、図９及び図１１の液垂れ防止バルブについての部品番号は、本実施形態の部品番号に対して番号にＪを付した番号とする。図８乃至図１１中、応力が高い部分を点描で示す。
　図９に示すように、従来技術に係る液垂れ防止バルブを使用し弁閉した場合、弁座４４Ｊのうち弁室連通口４５Ｊに近い部分である連通口近傍部４４ＪＸの応力が高い。反対に、弁室連通口４５Ｊから遠い部分である連通口遠方部４４ＪＹの応力は低い。
　また、図１１に示すように、従来技術に係る液垂れ防止バルブを使用し弁閉した場合、ダイアフラム弁体３Ｊの弁体部３１Ｊのうち弁室連通口４５Ｊの上部に位置する膜部連通口近傍部３２ＪＸの応力が高い。反対に、膜部連通口近傍部３２ＪＸと対角線上にある膜部連通口遠方部３２ＪＹの応力は低い。さらに、弁室連通口４５Ｊに近い部分である弁体部連通口近傍部３１ＪＸの応力が高い。反対に、弁室連通口４５Ｊから遠い部分である弁体部連通口遠方部３１ＪＹの応力は低い。
　その理由は、液垂れ防止バルブを弁閉する際に図示しない背面室に対してエアが充填した場合、ダイアフラム弁体３Ｊは、空間となっている弁室連通口４５Ｊに押圧され応力が発生するためである。具体的には、ダイアフラム弁体３Ｊが弁座４４Ｊ方向にエアにより押圧される。エアは本来であればダイアフラム弁体３Ｊの背面から均等に力が掛かる。しかし、ダイアフラム逃げ溝４６が形成されていない場合には、唯一の空間である弁室連通口４５Ｊ部分に対して押され応力が掛かる結果となる。そのため、ダイアフラム弁体３Ｊにおいては膜部３２Ｊの一部のみが凹んだ形状となる。ダイアフラム弁体３Ｊの膜部３２Ｊの一部の形状が変化すると弁座４４Ｊと当接する弁体部３１Ｊがずれることになる。その結果、ダイアフラム逃げ溝が存在しない場合では、ダイアフラム弁体３Ｊが弁座４４Ｊとずれ、全周にわたって均一の応力により当接させることができない。そのため、シール力が弁座４４Ｊの全周において不均一になり、シール力の弱いところができる。シール力の弱いところから流体の漏れが発生するため、確実に液垂れを防止することができない。
　それに対して、図８に示す本実施形態に係る液垂れ防止バルブ１を使用し弁閉した場合、弁座４４は全周にわたり均等に応力が高い。また、図１０に示すように、ダイアフラム弁体３の弁体部３１及び膜部３２も同様に均等に応力が高い状態となっている。弁座４４及び弁体部３１に均等に応力が掛かることにより、シール力を高めることができ、液垂れを確実に防止することができる。
　本実施形態においては、ダイアフラム逃げ溝４６がドーナツ形状に形成され全周にわたり形成されているため、ダイアフラム弁体３の形状の変化もダイアフラム逃げ溝４６の形状と同様に全周にわたり均一に変形する。形状の変化が全周にわたり均一であることにより、ダイアフラム弁体３と弁座４４との当接面がずれることを防止することができる。そのため、ダイアフラム弁体３を弁座４４に対して全周にわたって均一の応力により当接させることができ、液垂れを確実に防止することができる。
　図１３に、液垂れ防止バルブ１の動作圧力と流体圧力との関係のグラフを示す。本実施形態においては、ダイアフラム逃げ溝４６が形成されていることにより、弁座４４及び弁体部３１に均等に応力を掛けることができ、シール力を高めることができる。その結果として、動作圧力を小さくしても確実にシールし、液垂れを防止することができる。また、ダイアフラム逃げ溝４６が形成されていることにより、弁開時にダイアフラム逃げ溝４６に存在する流体がダイアフラム弁体３を弁開方向へと押し上げる力となる。そのため、ダイアフラム逃げ溝４６が形成されていることにより、小さな負圧の力により弁開することができる。
　具体的には、図１３に示すように、流体圧力が、５０ｋＰａであるＱ１においては動作圧力を約６０ｋＰａとすることができる。流体圧力が１００ｋＰａであるＱ２においては動作圧力を約１１０ｋＰａとすることができる。流体圧力が１５０ｋＰａであるＱ３においては動作圧力を約１５０ｋＰａとすることができる。流体圧力が２００ｋＰａであるＱ４においては動作圧力を約２００ｋＰａとすることができる。流体圧力が２５０ｋＰａであるＱ５においては動作圧力を約２３０ｋＰａとすることができる。流体圧力が３００ｋＰａであるＱ６においては動作圧力を約２８０ｋＰａとすることができる。ダイアフラム逃げ溝を形成しない液垂れ防止バルブを使用した場合には、本実施形態の液垂れ防止バルブ１を使用するよりも動作圧力が必要となった。当該結果から、ダイアフラム逃げ溝が形成されていない液垂れ防止バルブと比較して、ダイアフラム逃げ溝４６が形成された液垂れ防止バルブ１においては、小さな動作圧力により動作させることができることが分かる。
　［流路内の流体の動き］
　続いて、本実施形態における液垂れ防止バルブ１を使用した場合の出力流路４２を流れ出力ポート５２から流出する流体の流れについて説明する。図１２に、図２に示す液垂れ防止バルブ１における流線図を示す。
　図１２の流線図に示すように、入力流路４１を流れる流線は、弁室５０内に入るまでは直線状であるため真っすぐに流れている。続いて、流体は、弁室５０内に入ると弁室５０内で壁面にぶつかり乱流が生じ、流線が複雑な形状となる。しかし、弁室５０から出力流路４２に流入した流線は、出力ポート５２から流出するまでに乱流であるが真っすぐ伸びた層流となる。その理由は、出力流路４２が直線的に出力ポート５２まで伸びているため流体が層流となるためである。また、出力流路４２の長さは、出力ポート５２において流体が層流になるだけの長さを有するように任意に設計されている。そのため、流体の層流形成が容易になるため、図１２に示す流線が直線状に示されている。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、本実施形態においてダイアフラム弁体３の膜部３２は均等に薄板状として示したが、中心側凸部４７に当接する部分を一部厚くすることができる。中心側凸部４７と当接する部分を厚くすることにより耐久性を向上させることができる。
　例えば、本実施形態においては流路ブロック４を直方体形状として示したが、略円筒形状としエアブロック２と当接する面のみ平面とすることができる。すなわち、流路ブロック４の形状は、直方体形状に限定されずエアブロック２と当接する面が平面とするものであれば、略円筒形状等のように、どのような形状とすることもできる。
　例えば、本実施形態においては、流体は入力流路から流入し流出流路から排出される旨記載されたが、図２及び図３に示す液垂れ防止バルブ１を逆にして使用することにより、流体の流れを反対にすることができる。その際には、入力流路と出力流路が反対となり入力配管１１が出力ノズルとなり、出力ノズル１２が入力配管となる。
　例えば、本実施形態における液垂れ防止バルブ１をマニホールドベースに組み込むことができる。それにより、液垂れ防止バルブ１を組み入れることができるため省スペース化を図ることができる。また、後付けでマニホールドベースに組み入れることができるため、交換が容易である。例えば、液垂れ防止バルブ１をマニホールドベースに繋ぐ場合には、液垂れ防止バルブ１を直列的に繋ぐこともできる。また、円周状に繋げることもできる。
　例えば、本実施形態における液垂れ防止バルブ１を集合させたマニホールドベースとすることができる。液垂れ防止バルブ１を集合させたマニホールドベースは、本実施形態における液垂れ防止バルブ１と同様の作用効果を有する。また、マニホールドベースは、液垂れ防止バルブ１を含めた他の流体制御弁等を含めたものとすることもできる。
　例えば、液垂れ防止バルブをマニホールド化することもできる。具体的には、流路ブロック内に複数の入力流路と、複数の出力流路と、複数の弁室と、複数の弁孔と、複数の弁座とを有し、エアブロック内に複数のエア流路とを有し、ダイアフラム弁体は複数の弁座と対応する複数の液垂れ防止バルブとを有することによりマニホールド化することができる。マニホールド化することにより、本実施形態の液垂れ防止バルブの作用効果をそのままに省スペース化を図ることができる。
　　　１　　　　　　　液垂れ防止バルブ
　　　２　　　　　　　エアブロック
　　　２２　　　　　　エア流路
　　　２３　　　　　　背面室
　　　３　　　　　　　ダイアフラム弁体
　　　４　　　　　　　流路ブロック
　　　４Ａ　　　　　　当接側面
　　　４Ｂ　　　　　　上面
　　　４Ｃ　　　　　　下面
　　　４１　　　　　　入力流路
　　　４２　　　　　　出力流路
　　　４３　　　　　　弁孔
　　　４４　　　　　　弁座
　　　５０　　　　　　弁室
　　　５１　　　　　　入力ポート
　　　５２　　　　　　出力ポート

Claims (10)

  1. 　入力流路と、出力流路と、前記入力流路と前記出力流路が連通する弁室とを有し、前記弁室内のうち前記出力流路が連通する弁孔の周辺部に弁座が形成されている流路ブロックと、エア流路が形成されたエアブロックと、前記流路ブロックと前記エアブロックの間に固定された前記弁座に当接離間するダイアフラム弁体とを有する液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記入力流路が連通する入力ポートが前記流路ブロックの上面に形成されていること、
    　前記流路ブロックのうち前記上面と対向する下面に前記出力流路が連通する出力ポートが形成されていること、
    　前記流路ブロックの側面に前記弁室が形成されていること、前記側面に前記エアブロックが当接すること、
    　前記ダイアフラム弁体は、前記ダイアフラム弁体の背面室に対して加圧することで前記弁座と当接し、前記背面室を負圧にすることで前記弁座と離間すること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  2. 　請求項１に記載する液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記弁座周辺にダイアフラム逃げ溝が形成されていること、
    　前記ダイアフラム逃げ溝は、前記弁孔を中心にドーナツ形状に形成されていること、
    　前記入力流路が前記弁室に連通している弁室連通口は、前記ダイアフラム逃げ溝に形成されていること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  3. 　請求項２に記載する液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記ダイアフラム逃げ溝は、前記ダイアフラム弁体が前記弁座に当接したときに前記ダイアフラム弁体の膜部が前記ダイアフラム逃げ溝の底に当接しない深さを有すること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  4. 　請求項２又は請求項３に記載する液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記ダイアフラム逃げ溝は、前記弁座周辺に形成されたドーナツ形状の中心側凸部、及びドーナツ形状の外周側凸部の間に形成されていること、
    　前記中心側凸部は前記弁座面よりも低いこと、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  5. 　請求項２乃至請求項４に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記ダイアフラム逃げ溝が形成されていることにより、前記ダイアフラム弁体が前記弁座に対して全周にわたって均一の応力により当接すること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  6. 　請求項１乃至請求項５に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記入力流路、前記出力流路、及び前記弁室が、耐薬品性を有する素材で形成されていること、又は耐薬品性を有する素材が被覆されていること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  7. 　請求項１乃至請求項６に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記出力流路は、前記出力ポートにおいて流体が層流になるだけの長さを有すること、を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  8. 　請求項１乃至請求項７に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記出力ポートは出力ノズルに形成されていること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  9. 　請求項１乃至請求項８に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、
    　マニホールドベースに設置すること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
  10. 　請求項１乃至請求項８に記載するいずれか一つの液垂れ防止バルブにおいて、
    　前記流路ブロック内に複数の入力流路と、複数の出力流路と、複数の弁室と、複数の弁孔と、複数の弁座とを有すること、
    　前記エアブロック内に複数のエア流路を有すること、
    　前記ダイアフラム弁体は前記複数の弁座と対応する複数個有すること、
    を特徴とする液垂れ防止バルブ。
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