WO2018142717A1 - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

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WO2018142717A1
WO2018142717A1 PCT/JP2017/041035 JP2017041035W WO2018142717A1 WO 2018142717 A1 WO2018142717 A1 WO 2018142717A1 JP 2017041035 W JP2017041035 W JP 2017041035W WO 2018142717 A1 WO2018142717 A1 WO 2018142717A1
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valve
annular groove
sectional area
cross
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朝克図 高
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株式会社キッツエスシーティー
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    • F16K31/52—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
    • F16K31/524—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam
    • F16K31/52491—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam comprising a diaphragm cut-off apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm valve, and in particular, can exhibit a stable high flow (high Cv value) while being extremely compact and downsized. For example, it is extremely useful for use in a gas supply system of a semiconductor manufacturing apparatus.
  • the present invention relates to a suitable diaphragm valve.
  • a so-called direct touch type diaphragm valve is mainly used as a control valve for a gas supply system in a semiconductor manufacturing process.
  • the direct diaphragm valve is a metal diaphragm that is used as a sealing material to the outside, and can also close the seat directly, and can form a very simple flow path without extra parts in the gas contact part.
  • the advantage is that there is no sliding part between metals in the part and the structure is optimal for fluid cleansing.
  • there is a limit to the stroke that can be secured, and it is structurally difficult to secure a large flow rate compared to other valve types such as bellows valves.
  • the diaphragm valve as described above it is a basic requirement for the diaphragm valve as described above to be as compact and compact as possible.
  • the valve body is integrated and integrated into a compact base block having no joints with other equipment.
  • a valve body that is remarkably compact and downsized to a size in which a flow path diameter is about several millimeters and a side is about 3 cm is generally used. It has become to.
  • the Cv value of the valve is basically determined according to the size of the cross-sectional area of the flow path and the size of the fluid resistance, except for the fluid characteristics and the like. It is only necessary to increase the volume of the flow path while appropriately designing the flow path structure without increasing or decreasing the flow rate. For this reason, basically, it is relatively easy if the valve structure is increased in size (or a large-capacity valve is used) to increase the degree of freedom in the flow path design and the flow path is appropriately formed. A high flow according to the Cv value can be realized.
  • diaphragm valves are integrated with other devices to eliminate dead space as much as possible as described above, and are usually provided at multiple locations. Not only is the basic requirement for the reduction of the gas flow, but also the optimization of the space occupied by the entire gas supply system is lost, and the volume of the clean room that accommodates this is inevitably increased. Therefore, there is a problem that the semiconductor manufacturing equipment cost is increased and the manufacturing cost of the semiconductor product is deteriorated. In particular, with the diversification and complexity of the manufacturing process in recent years, there is a tendency to require switching and control of various gases, and therefore the number of valves to be installed is also increasing. There is an increasing need to reduce the installation area to suppress the increase in installation area. Therefore, a valve used in a semiconductor manufacturing apparatus must maintain its size or be further reduced in size, and further increase the flow rate with stabilization of the flow rate.
  • valve body especially a valve body of a compact size of about several centimeters
  • a means for achieving a stable high flow by appropriately forming a possible flow path space is conceivable.
  • By optimizing the flow path structure and shape as described above there is no need to use another member for the valve or excessively complicate the valve configuration, maintain the number of parts, and select the fluid to be used. This is because it is possible to achieve the highest flow in the simplest manner and is optimal in terms of the productivity and cost of the valve.
  • Patent Documents 1 and 2 exist as examples.
  • Patent Document 1 shows a groove formed around a valve seat on the inner surface of the valve chamber, and this groove includes a groove inlet / outlet opening in a larger area than a circle having a groove width as a diameter. Yes. Further, at least a part of the groove entrance is opened on the side surface of the groove. Furthermore, the groove portion has a predetermined groove depth and a groove bottom surface, and the groove bottom surface has a shape that becomes deeper toward the groove doorway.
  • the metal diaphragm valve shown in Patent Document 2 includes a metal diaphragm with a central portion bulging upward, and is formed by lowering the valve chamber and communicating with the outflow path.
  • the annular groove has both side surfaces and a bottom surface
  • the outflow channel is connected to both side surfaces and the bottom surface of the annular groove
  • the diameter of the outflow channel is larger than the groove width of the annular groove.
  • the diameter of the outflow passage having a circular cross section is larger than the groove width of the annular groove by 1.5 to 2.5 times, and with this configuration, the flow from the valve chamber to the outflow passage is increased. It is intended to flow a large flow rate as a whole path.
  • Patent Document 1 is intended to increase the flow rate, it is basically proposed as a gas container valve and assumes a valve having a different usage from the present invention. The theme is placed on the gas-substituting properties. For this reason, it is completely unsuitable for a valve that attempts to achieve a stable high Cv value while keeping the valve size used in the gas supply system as compact as possible. Is merely a very simple shape.
  • the flow channel structure of the same document is only shown on the drawing regarding the structure of the second flow channel on the outlet side, which is important for exhibiting a stable high Cv value.
  • the inner diameter of the two channels is formed to be slightly larger than the groove width of the groove, but in order to achieve a high Cv value while ensuring the channel space to the maximum within the limited body size.
  • the size of the inner diameter of the channel on the outlet side is completely insufficient. For this reason, this document does not take into consideration the viewpoint of optimally and maximally utilizing the internal volume of the body, particularly in a compact and miniaturized valve used in a gas supply system.
  • the cross-sectional area of the annular groove and the outflow channel is defined, and this cross-sectional area is formed larger than the cross-sectional area of the outflow channel.
  • the secondary flow path must be formed in the body so as to intersect considerably deeply toward the annular groove.
  • the strength of the valve body may be impaired by being formed close to other parts such as a fixed part that fixes the outer periphery of the diaphragm and the valve seat, and depending on the shape of the body and the usage of the valve, There is a problem that the position and the direction of the secondary side flow path that can be formed are limited.
  • the diameter of the outflow passage having a circular cross section is formed to be 1.5 to 2.5 times larger than the groove width of the annular groove.
  • the tip of the secondary side flow path (the deepest part of the valve) reaches the inner diameter position of the annular groove or is formed to a position deeper than this inner diameter.
  • the tip of the cutting blade may reach a position immediately below the valve seat, such as near the outer crimping portion.
  • the depth of the secondary side flow path must be optimally ensured the flow path space without reaching the position near the valve seat.
  • the present invention has been developed to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to achieve a predetermined Cv value without impairing the strength of the body even if the valve is extremely compact and downsized. It is an object of the present invention to provide a diaphragm valve capable of exhibiting a high flow and a stable high Cv value by making it possible to form an optimum flow path space according to the above.
  • the invention according to claim 1 is directed to a valve seat seat disposed in a valve chamber in a body, an annular groove provided in the outer periphery of the valve seat seat, and a pressure seat via a pressing means.
  • the inner diameter of the secondary flow path that is continuous with the annular groove is 2 of the groove width of the annular groove. 0.0 to 4.5 times, the cross sectional area of the annular groove and the secondary flow path is smaller than the cross sectional area of the secondary flow path, and the cross sectional area of the secondary flow path is crossed.
  • a diaphragm valve having an area of 35% or more to obtain a predetermined Cv value.
  • the invention according to claim 2 is the diaphragm valve in which the inner diameter of the secondary channel is 2.8 to 4.5 times the groove width of the annular groove.
  • the invention according to claim 3 is a diaphragm valve in which the inner diameter of the secondary channel is linearly intersected with the annular groove, and the semicircular portion of the secondary channel is connected to the outer diameter of the annular groove. It is.
  • a semicircular notch groove is formed in which the secondary side flow path is continuously provided up to the front position without reaching the inner diameter of the annular groove, and the abutting surface of the semicircular notch groove has a flat end. It is a diaphragm valve that is flattened by processing.
  • the invention according to claim 5 is the diaphragm valve in which the cross-sectional area is an area obtained by adding the area of the semicircular portion and the continuous area of the semicircular notch groove.
  • the invention according to claim 6 is a diaphragm valve having a predetermined Cv value of 0.75 or more.
  • the inner diameter of the secondary-side channel connected to the annular groove is 2.0 to 4.5 times the groove width of the annular groove, a sufficiently large secondary-side flow is provided. Since the inner diameter and volume of the passage are ensured, the space occupied by the passage is ensured with sufficient efficiency in the compact and miniaturized volume of the valve body.
  • the cross sectional area of the annular groove and the secondary channel is smaller than the secondary channel sectional area and 35% or more, the fluid flows from the annular groove to the secondary channel.
  • the channel cross-sectional area is not gradually expanded and throttled and does not change rapidly, and the secondary channel is formed in a very large channel space. For this reason, even in a compact and miniaturized internal volume of the valve body, the flow rate of fluid from the valve chamber side to the secondary side can be ensured to be extremely large, and a high flow can be achieved reliably. The flow is easy to stabilize, and the fluctuation range of the Cv value is suppressed to be small and not disturbed.
  • the inner diameter of the secondary channel is 2.8 to 4.5 times the groove width of the annular groove, the inner diameter size is optimized. A high Cv value required in a gas supply system or the like can be stably obtained.
  • the processing of the secondary channel in the body is greatly simplified and the annular The fluid escapes and flows out from the groove.
  • the semicircular portion of the secondary flow path is connected to the outer diameter of the annular groove, the fluid in the valve chamber directly flows from the semicircular portion that is largely open to the side surface of the annular groove.
  • the outflow efficiency is extremely improved, so that high flow of the valve and stable high Cv value can be achieved.
  • the semicircular portion can be formed simply by allowing the rotary cutting blade of the secondary channel to enter the annular groove as it is, it is extremely easy to process.
  • the tip of the secondary side flow path is formed.
  • the portion is not processed to a deep position where the inner diameter of the annular groove, at least near the outer diameter position of the valve seat. Therefore, there is no possibility that the strength of the outer caulking portion of the valve seat is biased and the caulking process is not adversely affected. Further, since the abutting surface of the semicircular portion is flattened by flat end processing, it is possible to secure the largest cross sectional area.
  • the cross sectional area is an area obtained by adding the area of the semicircular portion and the continuous area of the semicircular notched grooves, the design of the cross sectional area becomes extremely simple. It is possible to reliably obtain a stable Cv value at a high flow rate.
  • the predetermined Cv value is 0.75 or more, it is possible to provide a high flow valve that can stably cope with many use conditions, and it is possible to reduce the size and the stability of the flow rate.
  • the purpose of high flow can be solved at once.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the valve actuator of this embodiment (this example) and the diaphragm valve of this example in a state equipped with this, and the left half of the center line in the figure is the fully closed state of the valve of this example The right half shows the fully opened state of the valve of this example.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the valve body 50 shown in FIG. The structure and operation of the valve actuator of this example will be described later with reference to FIG.
  • the diaphragm valve of this example includes a valve seat 52 disposed in a valve chamber 51 in the body 50, an annular groove 53 provided on the outer periphery of the valve seat 52, and a pressing unit 54. And a diaphragm 55 provided so as to be able to come into contact with and separate from the valve seat 52 and a primary flow path 56 communicating with the valve chamber 51.
  • the pressing means 54 of this example is provided with a pneumatic actuator body 100 on the body 50, thereby constituting an air-driven diaphragm valve.
  • the pressing means 54 has a handle in addition to this.
  • a manual mechanism or the like may be used, and any means capable of pressing the diaphragm 55 can be arbitrarily selected depending on the implementation.
  • the body 50 is made of metal (SUS316L) and has a substantially rectangular parallelepiped shape with a side of about 3.5 centimeters. On both sides, a primary channel 56 and a secondary channel 57 are substantially horizontal. It is extended to.
  • the inner diameter of the primary side flow path in this example is substantially the same as the inner diameter of the secondary side flow path 57, and the tip is spherical on the side surface of the body 50 from the substantially horizontal direction toward the axial center position of the internal annular groove 53. From this spherical abutting surface, it is formed by an inclined portion 56a that goes straight downward, and a vertical hole portion 56b that is folded vertically upward and opens into the valve chamber 51.
  • the valve seat 52 is made of PCTFE in this example, and is fixed by caulking to an annular mounting groove 65 provided at the outer periphery of the opening 63 of the vertical hole portion 56b having a substantially circular inner diameter.
  • the lower surface side of the diaphragm 55 is flexibly deformed and can be in close contact (sitting).
  • the diaphragm 55 of this example is formed in a substantially circular shape, and is configured by stacking nine Co alloy diaphragms.
  • the outer periphery of the diaphragm 55 is sandwiched and fixed between a convex portion 64 formed on the outer periphery of the outer surface 53a of the annular groove 53 and a lower surface of a bonnet 32 described later.
  • the annular groove 53 is formed in an annular shape around the outer periphery of the valve seat 52.
  • the annular groove 53 has a substantially U-shaped cross section having an outer surface 53a, an inner surface 53b, and a bottom surface 53c.
  • w represents the groove width of the annular groove 53 (half the difference between the diameter of the outer side surface 53 a and the diameter of the inner side surface 53 b)
  • h represents the groove depth (opening 63) of the annular groove 53.
  • the groove width w of the annular groove 53 is ensured to the maximum as long as the structure of the body 50 allows for a high flow, and the volume of the valve chamber 51 is maximized. That is, the maximum diameter of the outer side surface 53a is secured to the same extent as the inner diameter of the annular convex portion 64, and the minimum diameter of the inner side surface 53b is about the outside of the crimped portion of the annular valve seat 52 having a predetermined diameter. By ensuring, the groove width w serving as a gap between the outer side surface 53a and the inner side surface 53b is ensured to the maximum.
  • the inner diameter of the secondary side channel 57 intersects the annular groove 53 linearly.
  • at least the upper inner peripheral surface 57a of the secondary channel 57 is straight and formed toward the axial center of the annular groove 53, and the inner peripheral surface 57a is formed in the annular groove 53. Intersects with the outer side surface 53a in a substantially perpendicular direction. When intersecting in a straight line in this way, fluid can be easily removed from the annular groove 53 side to the secondary flow path 57 side, contributing to an improvement in the Cv value, and the workability of the valve is also good.
  • a semicircular portion 59 of the secondary side flow path 57 is connected to the outer diameter of the annular groove 53.
  • it is formed when the upper inner peripheral surface 57a of the secondary flow path 57 having a substantially circular cross section intersects the outer surface 53a (outer diameter) of the annular groove 53 formed in a substantially cylindrical shape.
  • opening segments semicircular substantially cylindrical inner surface is a semi-circular portion 59, as indicated by the region with hatch lines in FIG. 5 (a), the area of the semicircular portion 59 in the S 1.
  • a semicircular notch groove 60 is formed in which the secondary flow path 57 is continuously connected to the front position without reaching the inner diameter of the annular groove 53.
  • the deepest position (tip) in the body 50 of the secondary channel 57 is the position of the abutting surface 61 of the semicircular notch groove 60, and this abutting surface 61 is the inner surface of the annular groove 53.
  • the position does not reach the position 53b, but reaches the position just before that.
  • FIG. 2 from the position of the outer surface 53a to the position of the penetration depth L in the axial direction of the annular groove 53. It is connected continuously.
  • the rigidity and strength of the support structure such as the valve seat 52 are impaired by excessive cutting.
  • the abutting surface 61 is flattened by flat end processing.
  • the secondary side flow path 57 is engraved straight by a rotary blade from the side surface of the body 50 in a substantially horizontal direction, and the shape of the abutting surface at the time of engraving is a spherical shape like the primary side flow path 56.
  • a conical shape or the like can be arbitrarily selected according to the implementation, but in this example, a flat shape is formed by flat end processing. For such a flat shape, can be maximized form continuously provided area S 2 which will be described later, cross sectional area S it is possible ensure maximum.
  • FIG. 5 (b) it shows a continuously provided area S 2 of the semicircular cut-away grooves 60 of the present embodiment as the hatched region.
  • the area S 2 as illustrated, in plan view and down looking at the body 50 from directly above, the secondary-side flow path 57 is the area of the region intersecting the annular groove 53, the area of this example S 2 has a surrounding substantially arcuate shape of the regions in roughly abutting surface 61 and the outer surface 53a.
  • the cross-sectional area of the present invention is the area of the boundary surface where the space region formed by the annular groove and the space region formed by the secondary side flow path intersect, and the flow path breakage when reaching the secondary side from the valve chamber Since it is an area, its size and shape influence the Cv value of the fluid. Basically, if the cross-sectional area is large, a large Cv value can be stably obtained. However, there is a limit due to the structural restrictions of the valve body, so it is necessary to set it optimally. The relationship with the cross-sectional area is important.
  • Cross sectional area S of this example was added to the area S 1 of the semicircular portion 59 shown in FIG. 5 (a), and a continuously provided area S 2 of the semicircular cut-away groove 60 shown in FIG. (B)
  • the inner diameter R of the secondary-side channel 57 connected to the annular groove 53 is 2.0 to 4.5 times the groove width w of the annular groove 53, preferably 2.8 to 4.5. It is set to double.
  • the size of the inner diameter R of the secondary side flow path 57 is set in the radial direction from the central axis X. Yes.
  • the cross-sectional area T of the secondary side channel 57 is substantially equal to the area of the circle calculated from the inner diameter R because the cross section is substantially circular in this example. Further, in the figure, a height H described later is shown.
  • the height H of this example is the highest point position of the upper inner peripheral surface 57a of the secondary side flow path 57 and the position of the bottom surface 53c of the annular groove 53.
  • the height difference (distance) is adjusted by changing the position of the bottom surface 53c while fixing the position of the upper inner peripheral surface 57a.
  • the cross sectional area S of the annular groove 53 and the secondary side flow path 57 is smaller than the cross sectional area T of the secondary side flow path 57 and crosses the cross sectional area T of the secondary side flow path 57.
  • the area S is configured to be 35% or more so as to obtain a predetermined Cv value.
  • a predetermined Cv value is set in advance in order to appropriately increase the flow of the valve, and the allowable range of the flow path structure of the body 50 that can satisfy the predetermined Cv value is analyzed based on predetermined fluid analysis means. And set it.
  • the upper limit of the inner diameter R of the secondary side flow path 57 is The diameter is increased to the extent that the outer seal portion remains, that is, the limit that does not hinder the strength and sealability of the body 50, and more specifically, the size is about 4.5 times the groove width w. If so, it is sufficient as a condition satisfied by many valves required for use in the recent semiconductor manufacturing process environment.
  • the lower limit of the inner diameter R of the secondary side flow channel 57 is less than the target Cv value set appropriately on the assumption that the fluctuation of the inner diameter R changes in the same order as the fluctuation of the valve Cv value. If the diameter is set to a diameter that can satisfy the Cv value or more, specifically, 2.0 times or more, more preferably 2.8 times or more with respect to the groove width w, The characteristics required for diaphragm valves used in high purity gas supply systems in recent semiconductor manufacturing processes (high flow and compact) are sufficient as characteristics of valves used in many usage environments.
  • the lower limit of the cross sectional area S with respect to the cross sectional area T of the secondary channel 57 is also the same as described above, and specifically, it is sufficient if it is set to 35% or more with respect to the cross sectional area T.
  • the predetermined Cv value is 0.75 or more.
  • the Cv value of 0.75 or higher is a standard value that satisfies the requirements commonly in various valve types and usage environments for high flow as required in recent years, and is particularly used in semiconductor manufacturing equipment. This is because it is suitable as an achievement target value in a compact and miniaturized valve.
  • the larger cross-sectional area can improve the Cv value of the valve.
  • the cross-sectional area may be increased, there is a restriction on the structure of the body 50.
  • the diameter of the outer surface 53a cannot be made larger than the diameter of the convex portion 64 that clamps and fixes the outer periphery of the diaphragm 55, but it must be avoided because it becomes difficult to process. It is necessary to adopt the same diameter as that of the convex portion 64 at the maximum.
  • the diameter of the outer surface 53 a is set to ⁇ 22.2 mm, which is slightly smaller than the diameter of the diaphragm 55.
  • the diameter of the inner side surface 53b must be as large as possible as the inner diameter of the vertical hole portion 56b of the primary flow path 56. Therefore, it is impossible to make the inner surface 53b smaller than the outer diameter of the mounting groove 65 serving as the outer side of the valve seat caulking portion. Although it is not, processing is difficult and must be avoided.
  • the inner diameter of the vertical hole portion 56b is about ⁇ 7 mm
  • the groove depth h of the annular groove 53 is set too shallow, the cross sectional area S between the annular groove 53 and the secondary flow path 57 becomes small. Conversely, if the groove depth h is set too deep, the bottom of the annular groove 53 is primary. It will interfere with the side flow path 56. Therefore, in this example, the groove depth h is set to about 8.0 mm, and the structure of the primary-side flow path 56 is inclined as described above so as to dive below the annular groove 53 set slightly deeper. It consists of the part 56a and the vertical hole part 56b, and avoids interference of both.
  • the groove width w of the annular groove 53 is 3.6 mm
  • the inner diameter R of the secondary channel 57 is ⁇ 10.2 mm (at this time, the sectional area T is 81.7 mm 2 )
  • the penetration depth L is 2
  • the height H of the annular groove 53 is changed to perform Cv value analysis, and a lower limit value of the height H that satisfies the target Cv value or more is obtained.
  • the groove depth h and the cross-sectional area S also vary.
  • the lower limit value of the height H with respect to the target Cv value of 0.75 or more is 1.9 mm.
  • this value When this value is converted into the groove depth h, it becomes about 6.0 mm, which is the groove depth h. Lower limit value.
  • the upper limit of the groove depth h is The position of the center axis X is about 9.0 mm. Therefore, in this example, the numerical range of the groove depth h is preferably about 6.0 mm to 9.0 mm. In terms of the relationship with the groove width w, h / w is preferably about 1.8 to 2.5.
  • the cross-sectional area S was 27.3 mm ⁇ 2 >.
  • the secondary groove is fixed with the groove width w of the annular groove 53 being 3.6 mm, the groove depth h being 8.0 mm, and the penetration depth L of the secondary channel 57 being 2.6 mm.
  • the Cv value analysis is performed by changing the inner diameter R of the side flow path 57, and the lower limit value of the inner diameter R that satisfies the target Cv value or more is obtained. As the inner diameter R varies, the height H and the cross-sectional areas T and S also vary.
  • the lower limit value of the inner diameter R for the target Cv value of 0.75 or more is ⁇ 7.5 mm.
  • the diameter of the outer seal portion can be increased to about ⁇ 16 mm according to the structure of the body 50 of the present example. Therefore, in this example, the numerical range of the inner diameter R of the secondary side channel 57 is preferably about ⁇ 7.5 mm to ⁇ 16 mm. Therefore, in relation to the groove width w, R / w is preferably about 2.0 to 4.5 times. Further, when the inner diameter R becomes the above lower limit value, the cross sectional area S was 28.7 mm 2 .
  • the target Cv value was set to a more preferable value of 0.86 or more
  • the lower limit value of the inner diameter R was 10.2 mm. Therefore, it is more preferable to set approximately 2.8 to 4.5 as the numerical value range of R / w corresponding to this.
  • the groove width w of the annular groove 53 is 3.6 mm
  • the groove depth h is 8.0 mm (the height H is 3.9 mm at this time)
  • the inner diameter R of the secondary channel 57 is ⁇ 10.
  • Cv value analysis is performed by changing the penetration depth L of the secondary side flow path 57 in a state of being fixed at 2 mm (at this time the cross-sectional area T is 81.7 mm 2 ), and the penetration depth L that satisfies the target Cv value or more. Is obtained.
  • the cross sectional area S also varies.
  • the lower limit value of the penetration depth L for the target Cv value of 0.75 or more is 0.6 mm.
  • the cross sectional area S was 25.2 mm 2 .
  • the value of the cross sectional area S it can be said that it is desirable to set it to 28.7 mm 2 or more, which is the highest value for setting the target Cv value of 0.75 or more.
  • S> T it is not necessary to set S> T as proposed in the prior art, which contributes to improvement of the workability of the body and the resistance of the fluid.
  • the valve actuator of this example includes a piston 2 biased by a resilient member 8 (spring 8) provided in the actuator body 100, and at least two air chambers for moving the piston 2 by air pressure. 3 (3a, 3b) and an air drive actuator in which a booster mechanism 1 for exerting an amplified force in the valve closing direction is housed in any one of the air chambers 3.
  • the cover 4 has a substantially cylindrical shape in appearance, and a connecting portion 5 for connecting to an air source (not shown) provided outside is provided at the axial center position, and a flow path 5a connected to this is formed. Furthermore, the fitting part 10 which can be fitted with the piston 2 connected to this is provided. A male screw portion 9 that can be screwed to the female screw portion 7 of the casing 6 is provided at the lower end portion of the cover 4. Further, a receiving portion 11 for biasing the spring 8 is recessed in the cover 4.
  • the casing 6 is formed in a cylindrical appearance having substantially the same diameter as the cover 4, the female thread portion 7 described above is formed at the upper end portion, and the male screw portion that can be screwed to the female thread portion 13 of the base 12 at the lower end portion.
  • a portion 14 is formed.
  • an O-ring 15 is interposed in order to seal between the female screw portion 13 and the male screw portion 14.
  • a stepped portion 17 that engages with the sub-base 16 is formed on the inner peripheral surface of the casing 6.
  • the base 12 is formed in a cylindrical shape whose upper part is substantially the same diameter as the casing 6, and the lower part is formed so as to be reduced in a step shape from the upper part, and the male screw part 62 that can be screwed to the female screw part 62 of the body 50. 20 is formed. Further, an attachment hole 22 that can be fitted and attached to the output member 21 (disk member 21) is opened at the central axial position, and an O-ring 23 is formed on the inner peripheral surface of the attachment hole 22. Is provided.
  • the bonnet 32 is formed in a substantially cylindrical shape, and is provided between the base 12 and the body 50 when assembling the valve of this example, and is tightened when the female thread portion 62 is screwed into the male thread portion 20.
  • the lower end surface of the base 12 presses the bonnet 32 by the applied force, and the peripheral portion of the diaphragm 55 is sandwiched between the lower surface of the bonnet 32 and the convex portion 64 by this pressing force, and is fixed in the valve chamber.
  • the inner peripheral surface of the bonnet 32 is a cylindrical space formed with substantially the same diameter, and the substantially cylindrical diaphragm piece 33 slides on the inner peripheral surface with almost no resistance. It is possible to fit.
  • the upper surface of the diaphragm piece 33 is provided so that the lower end surface of the disk member 21 fitted in the mounting hole 22 can come into contact therewith.
  • the piston 2 is formed by integrally forming the piston portion 2a and the extending portion 2d, and the piston portion 2b and the extending portion 2c, and combining these two members. Specifically, in the case of the piston portion 2a and the extending portion 2c, the disc-shaped piston portion 2a and the columnar extending portion 2d having the flow path 36 therein are integrally formed in an umbrella shape, and the circular shape of the extending portion 2d is formed.
  • a channel 35 is formed by notching a groove so as to pass through the opening of the channel 36 at the center on the end face, and the piston 2b and the extension 2c having the channel 34 inside are also umbrella-shaped. Are integrally formed.
  • the end surface of the extended portion 2d obtained by cutting out the flow path 35 is combined with the center position of the piston portion 2b so that the flow paths 34 and 35 communicate with each other, so that the piston 2 is constituted by two members.
  • the entire piston 2 may be integrally formed from a single member.
  • O-rings 37 and 38 are provided on the outer peripheral edge portions of the piston portions 2 a and 2 b, respectively, and can be sealed while sliding between the inner peripheral surface of the casing 6.
  • the outer diameters of the piston portions 2a, 2b are respectively adapted to the inner diameter above and below the step 17 of the casing 6, and as will be described later, depending on the supply / discharge of air, the air chambers 3a, 3b
  • the valve stroke operation within the actuator body 100 of the piston 2 is made possible while maintaining the internal sealing performance.
  • the supply air from the flow path 36 is introduced into the sealed space formed between the lower surface side of the piston portion 2a and the inner peripheral surface of the base 12.
  • the sealed air space formed between the lower surface side of the piston portion 2b and the upper surface side of the sub-base 16 is a second air chamber into which the supply air from the flow path 35 is introduced. 3b.
  • the air chamber 3 is added to the first air chamber 3a and the second air chamber 3b.
  • the casing 6 may be provided long and the piston 2 may be configured to have three or more stages.
  • the disk member 21 can be fitted into a substantially disc-shaped large-diameter portion 39 that abuts on cam surfaces 42b and 43b of cam members 42 and 43, which will be described later, and a mounting hole 22 formed in the base 12 below the actuator. It consists of a substantially cylindrical small-diameter portion 40, which are integrally formed in this example. Specifically, as shown in FIG. 1, the disk member 21 built in the actuator of this example has a small-diameter portion 40 fitted in the mounting hole 22 so as to be slidable up and down, and a peripheral edge of the large-diameter portion 39.
  • the portion engages with a stepped portion surface 41 formed on the inner bottom surface of the base 12 so as to match the shape of the large diameter portion 39 so as to be movable up and down.
  • the material of the disk member 21 in this example is a material obtained by applying MoS2 coating (film thickness: about 10 ⁇ m) to mechanical structural steel (S45C-H HRC40).
  • the O-ring 23 is attached to the inner peripheral surface of the mounting hole 22 so as to seal between the small diameter portion 40.
  • the base 12 serves as a stationary member and the disk member 21 serves as a movable member. Therefore, if the seal member is provided on the base 12 side, the thickness of the bottom portion of the base 12 can be reduced. This is suitable for downsizing of the valve.
  • the booster mechanism 1 of this example pivotally attaches a pair of cam members 42, 43 to a common swing shaft 44 (camshaft), and the pair of cam members 42, 43 are connected to each other.
  • the cam members 42 and 43 are configured to be accommodated in the first air chamber 3a.
  • the upper end portions of the cam members 42 and 43 are provided with contact portions 42a and 43a that contact the piston 2, respectively.
  • Convex cam surfaces 42b and 43b that contact the member 21 are formed.
  • Reference numeral 47 a is an annular portion of the holder 47, and 47 b is a support portion of the holder 47.
  • the holder 47 of this example includes an annular portion 47a formed in an annular shape so as to fit the lower side surface of the base 12, and two support portions 47b that are integrally formed on the inner peripheral side of the annular portion 47a and arranged opposite to each other. Consists of.
  • the contact portions 42a and 43a are provided with roller portions 45 and 46, respectively.
  • the roller portions 45 and 46 are provided such that the rollers 45a and 46a are rotatable on the roller shafts 45b and 46b, respectively. In this example, these rollers 45a and 46a can roll with respect to the lower surface of the piston portion 2a.
  • the abutting portions 42a and 43a are configured by abutting on.
  • the abutting portion is not provided with the roller portion as described above.
  • an arc portion having a substantially arc shape is formed at the upper end portion of the cam member. May be configured to directly contact and slide on the lower surface of the piston. In such a case, the number of parts of the actuator can be reduced and the configuration can be simplified.
  • the diaphragm piece 33 Since the lower end portion of the small-diameter portion 40 of the disk member 21 is in contact with the upper surface of the diaphragm piece 33, the diaphragm piece 33 is also pushed down as the disk member 21 is pushed down. Since the lower surface of the diaphragm piece 33 is in contact with the diaphragm 55, when the diaphragm piece 33 is lowered, the upper surface of the diaphragm 55 is pressed by the lower surface to be flexibly deformed. The lower surface of the diaphragm piece 33 is deformed so that the diaphragm 55 is recessed downward, and the lower surface of the diaphragm 55 is pressure-bonded to the upper surface of the valve seat 52 with a predetermined pressure. And the primary flow path 56 of the valve chamber and the annular groove 53 are isolated, and the valve is fully closed.
  • air that is press-fitted from an air source passes through the flow path 34 provided in the extension 2c of the piston 2 and then passes through the flow path 35 provided in the extension 2d. It is press-fitted through the second air chamber 3b. At the same time, it is also press-fitted into the first air chamber 3a through the flow path 36 provided in the extension 2d.
  • the piston 2 is urged downward by the spring 8, but in the first air chamber 3a, the movable member is only the piston portion 2a except for the disk member 21 described later.
  • this air pressure acts to push up the piston portion 2a.
  • the piston portion 2b since the sub base 16 is fixed to the inner peripheral surface of the casing 6, the only possible member is the piston portion 2b, and the air pressure in the air chamber 3b increases.
  • the urging force of the spring 8 is exceeded, the piston portion 2b is pushed up. Therefore, the entire piston 2 slides and is pushed upward while maintaining a hermetic seal with the inner peripheral surface of the casing 6.
  • the air pressure acting on the piston 2 is proportional to the area of the piston 2 facing the air chamber 3, but in this example, the air chamber 3 is added to the first air chamber 3a, and the inside of the same casing 6 is added. Since the second air chamber 3b is configured in two stages in a compact manner through the thinly formed sub-base 16, a sufficient piston area is secured while avoiding an increase in size of the actuator.
  • the diaphragm 55 since the diaphragm 55 has a shape self-returning force, the contact portions 42a and 43a of the cam members 42 and 43 are caused by the piston 2 as the pressure in the air chambers 3a and 3b increases as described above.
  • the diaphragm 55 can return to a convex shape that is gently curved upward, which is a natural state, by the self-returning reaction force. Then, the valve is fully opened. More specifically, the diaphragm piece 33 is pushed up by this reaction force, thereby pushing up the disc member 21, thereby pushing up the cam surfaces 42 b and 43 b, thereby swinging the cam members 42 and 43. It rotates around the shaft 44.

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Abstract

極めてコンパクトに小型化されたバルブ・ボデーであってもボデーの強度を損なうことなく所定のＣｖ値に応じた最適な流路空間を形成可能とすることで、ハイフロー且つ安定した高Ｃｖ値を発揮できるダイヤフラムバルブを提供する。ボデー（50）内の弁室に配設した弁座シート(52)と、弁座シート(52)の外周囲に設けた環状溝(53)と、押圧手段を介して弁座シート(52)に接離可能に設けたダイヤフラム(55)と、弁室(51)に連通した一次側流路(56)とを備えたダイヤフラムバルブにおいて、環状溝(53)に連設させた二次側流路(57)の内径(R)は、環状溝(53)の溝幅(W)の２．０～４．５倍であり、環状溝(53)と二次側流路(57)との交差断面積(S)は、二次側流路(57)の断面積(T)より小さく、かつ二次側流路(57)の断面積(T)に対して交差断面積(S)を３５％以上に構成して所定のＣｖ値を得るようにした。

Description

ダイヤフラムバルブ
　本発明は、ダイヤフラムバルブに関し、特に、極めてコンパクトに小型化されたものでありながら安定したハイフロー（高Ｃｖ値）を発揮することができ、例えば、半導体製造装置のガス供給系への使用に極めて好適なダイヤフラムバルブに関する。
　一般的に、半導体製造プロセスにおけるガス供給系の制御弁等としては、いわゆるダイレクトタッチ型のダイヤフラムバルブの使用が主流である。ダイレクトダイヤフラムバルブは、外部に対する封止材として使用される金属ダイヤフラムで直接シートの閉止も行い、接ガス部に余分な部品を持たない非常にシンプルな流路を構成することができるので、接ガス部内に金属同士の摺動箇所がなく流体のクリーン化に最適な構造とされていることなどがその利点とされる。ただし、確保できるストロークに限度があり、ベローズバルブなど他の弁種と比べて、構造的に大流量は確保し難い。
　また、半導体素子などの高度に精密な機器を高品質に製造するためには、上記のようなガス供給系などの半導体製造プロセス設備は、いわゆるクリーンルーム内に全て収容されている必要がある。クリーンルームは、浮遊粒子・微生物が所定の清浄度レベルに管理（コンタミネーションコントロール）されると共に、搬入される材料、薬品、水などのほか、入室する作業者にも所定レベルの清浄度が確保され、必要に応じて温度、湿度、圧力などの環境条件も管理可能な密封空間であり、クリーンルームの導入に際しては、容積に応じて増大する初期設備費のほか、維持管理や常時運転のためのランニングコストが必要であり、生産設備費として大きな負担となる。このためクリーンルームの導入においては用途に応じて最適であって無駄を生じないような容積・構成に設計されなければならない。
　このため、上記のようなダイヤフラムバルブは、可能な限りコンパクトに小型化されていることが基本的な要求となっている。例えば、集積化ガスシステムでは、バルブボデーは他の機器類と共に継手を有さないコンパクトなベースブロックに組み込まれて集積化されている。特に近年においては、具体的には例えば、流路径が数ミリ程度であり、かつ１辺が３ｃｍ程度の直方体形状に収まる程度まで著しくコンパクトに小型化されたバルブボデーが用いられることも一般的になってきている。
　一方で、近年はスマートフォンなど、半導体を搭載する機器の更なる高性能化や省電力化、パフォーマンス向上等への需要が益々高まり、これに伴って半導体素子には益々微細化・高集積化が要求されると共に、半導体製造プロセスの多様化が著しく進展してきている。このため、製造プロセスに使用される各種のプロセスガスにおいても、個々の用途に応じて高温化・高圧化などを伴うほか、特に、シリコンウェハーの大径化や液晶パネル等の大型化、或は生産システムの大型化や特別なガス供給方式への変更などに応じて、供給流量の更なる増加（ハイフロー）が基本的な需要となってきている。このため、供給ガスの制御弁として使用される上記のようなダイヤフラムバルブにも、個々の用途に最適なバルブ開発が必要とされ、コンパクト化の要請に反して、特に大流量化（Ｃｖ値の増大）への要求は益々高まっている。
　バルブのＣｖ値は、流体特性等を別とすれば、基本的には流路断面積の大きさや流体抵抗の大きさに応じて定まるので、ハイフロー化のためには、バルブ内において、流体抵抗を増加させることなく、或は減少させるように適切に流路構造を設計しつつ、流路容積を増大させればよいことになる。このため、基本的にはバルブ構造を大型化（或は大型の大容量バルブの適用）して流路設計の自由度を高めた上で適切に流路を形成すれば、比較的容易に必要Ｃｖ値に応じたハイフロー化が実現できることになる。
　ところが、ダイヤフラムバルブは上記のように他の機器類と共に可能な限りデッドスペースをなくすように集積化され、しかも通常は複数箇所に設けられるので、これを大型化すると占有スペースも増大するから、コンパクト化への基本的な要求も損なわれるばかりか、ガス供給系全体の占有スペースの最適化も損なわれ、ひいてはこれを収容するクリーンルームの容積も大型化が不可避となる。よって、半導体製造設備費の増大をもたらし、半導体製品の製造コストが悪化する問題が生じる。特に、近年は製造プロセスの多様化・複雑化に伴い、多種のガスの切り替え・制御が必要となる傾向が高く、よって設置すべきバルブの数も増加傾向にあるので、個々のバルブのフットプリントを減少させて設置面積の増大を抑えなければならない必要性が益々高まっている。したがって、半導体製造装置に使用するバルブは、そのサイズを維持、或はさらに小型化し、その上で、流量の安定化と共に流量の増大を図らなければならない。
　そこで、バルブボデー（特に数センチ程度のコンパクトなサイズのバルブボデー）のサイズを維持ないしは更なる小型化を図ると同時に、この限られたサイズのボデー内容積において、大容量で高Ｃｖ値を達成可能な流路空間を適切に形成することにより、安定したハイフローを発揮させる手段が考えられる。このような流路構造・形状の最適化によれば、バルブに更に別の部材を用いたり過度にバルブの構成が複雑化することがなく、部品点数が維持され、しかも使用流体を選ぶことなく、最も簡便にハイフロー化を図ることができ、バルブの生産性やコスト性などの各面からも最適だからである。従来より、上記の実情に鑑みて各種のダイヤフラムバルブが提案されており、その例として、特許文献１、２が存在している。
　特許文献１には、弁室内面のうちの弁座の周囲に形成された溝部が示されており、この溝部は、溝幅を直径とする円形よりも広い面積で開口する溝出入口を備えている。また、この溝出入口は、少なくともその一部が溝側面に開口している。さらに、溝部は、所定の溝深さ、及び溝底面を有し、この溝底面は、溝出入口に向かって深くなる形状となっている。
　特許文献２に示されたメタルダイヤフラム弁は、中央部が上方に膨出されたメタルダイヤフラムを備えており、弁室の下方に形成されて流出路に連通する環状溝と流出路との交差断面積が流出路の断面積より大きい場合であって、環状溝が両側面と底面とを備え流出路が環状溝の両側面と底面とに接続され流出路の直径が環状溝の溝幅より大きくしたような場合、又は、環状溝の溝幅より断面円状を呈する流出路の直径を１．５～２．５倍大きくした構成であり、このような構成により弁室から流出路に至る流路全体として大きな流量を流すことが図られている。
ＷＯ２００５／０６６５２８ 特許第４５８７４１９号公報
　しかしながら、特許文献１は、流量増大を図ったものではあるものの、基本的にはガス容器弁として提案され、本発明と使用状況が異なるバルブを想定したものであり、真空排気性・パージ性などのガス置換性に主題が置かれている。このため、ガス供給系に使用されるバルブサイズを可能な限りコンパクトに維持したまま安定した高Ｃｖ値を実現しようとするバルブには全く不向きであり、しかも同文献は、具体的な流路構造に関して、極めて単純な形状を示しているに過ぎない。
　特に、同文献の流路構造は、安定した高Ｃｖ値の発揮に重要である出口側となる第２流路の構造に関し、図面上において示されているのみであり、具体的には、第２流路の内径は溝部の溝幅より僅かに大きい程度に形成されているが、限られたボデーサイズ内において最大限に流路空間を確保しつつ高Ｃｖ値を実現しようとするためには、出口側の流路内径の大きさが全く不足している。このため、同文献は、特にガス供給系に使用されるようなコンパクトに小型化されたバルブにおいて、ボデー内容積を最適・最大限に活用するという観点が全く考慮されていない。
　特許文献２においては、環状溝と流出路との交差断面積が規定され、この交差断面積は、流出路の断面積より大きく形成されている。しかしながら、このような大きな交差断面積を確保しようとした場合、環状溝に向けてかなり深く交差するように２次側流路をボデーに形成しなければならず、この場合、２次側流路がダイヤフラム外周囲を固定する固定部や弁座シートなどの他の部位に接近して形成されることでバルブボデーの強度が損なわれるおそれがあると共に、ボデー形状やバルブの使用状況によっては、ボデーに形成可能な２次側流路の位置や方向が限られたものとなる問題がある。
　また、同文献の流路構造においても、断面円状の流出路の直径は、環状溝の溝幅より１．５～２．５倍の大きさに形成されているが、この程度の直径の大きさであっても、限られたボデー内容積において流路空間の占有スペースを最大限に確保する観点からは、特に近年のコンパクト性と安定したハイフロー性との高い両立要求水準を満たさねばならない観点から、未だ不十分であると言わざるを得ない。
　さらに、特許文献１、２は、何れにおいても、２次側流路の先端部（バルブの最深部）は、環状溝の内径位置まで到達しているか、この内径より更に深く進入した位置まで形成されている。通常、ボデーに２次側流路を形成する場合は所定の刃物で切削加工されるが、このように環状溝内径以上の深さまでボデーに２次側流路を形成した場合、切削加工寸法の管理の仕方によっては、切削刃物の先端が弁座シートの直下位置や外側カシメ部付近などの近傍位置まで到達する場合がある。このように切削が弁座シートに対して近すぎる位置まで到達してしまうと、外側カシメ部の強度が偏ってしまい、弁座シートのカシメ工程でカシメ状態が不均一となり、バルブのシール性に悪影響が生じるおそれがある。よって、２次側流路の奥行は弁座シート近傍位置まで到達させることなく最適に流路空間を確保しなければならない。
　そこで、本発明は上記問題点を解決するために開発されたものであり、その目的とするところは、極めてコンパクトに小型化されたバルブであってもボデーの強度を損なうことなく所定のＣｖ値に応じた最適な流路空間を形成可能とすることで、ハイフロー且つ安定した高Ｃｖ値を発揮できるダイヤフラムバルブを提供することにある。
　上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデー内の弁室に配設した弁座シートと、弁座シートの外周囲に設けた環状溝と、押圧手段を介して弁座シートに接離可能に設けたダイヤフラムと、弁室に連通した一次側流路とを備えたダイヤフラムバルブにおいて、環状溝に連設させた二次側流路の内径は、環状溝の溝幅の２．０～４．５倍であり、環状溝と二次側流路との交差断面積は、二次側流路の断面積より小さく、かつ二次側流路の断面積に対して交差断面積を３５％以上に構成して所定のＣｖ値を得るようにしたダイヤフラムバルブである。
　請求項２に係る発明は、二次側流路の内径は、環状溝の溝幅の２．８～４．５倍であるダイヤフラムバルブである。
　請求項３に係る発明は、二次側流路の内径を環状溝に対して直線状に交差させ、環状溝の外径に二次側流路の半円形状部位を連設させたダイヤフラムバルブである。
　請求項４に係る発明は、二次側流路を環状溝の内径まで到達することなく手前位置まで連設させた半円切欠溝を形成し、この半円切欠溝の突当面は、フラットエンド加工により平坦形状としたダイヤフラムバルブである。
　請求項５に係る発明は、交差断面積は、半円形状部位の面積と半円切欠溝の連設面積とを加算した面積であるダイヤフラムバルブである。
　請求項６に係る発明は、所定のＣｖ値は、０．７５以上であるダイヤフラムバルブである。
　請求項１に記載の発明によると、環状溝に連設させた二次側流路の内径は環状溝の溝幅の２．０～４．５倍であるから、十分に大きな２次側流路の内径・容積が確保されるので、コンパクトに小型化されたバルブボデー内容積において十分な効率で流路の占有スペースが確保される。
　また、環状溝と２次側流路との交差断面積は、２次側流路断面積より小さい面積であって且つ３５％以上の面積としているから、流体が環状溝から２次側流路へ流出する際に、流路断面積が緩やかに順次拡大して絞られることがなく、且つ急激に変化することもなく、しかも２次側流路は極めて大きい流路空間に形成される。このため、コンパクトに小型化されたバルブボデー内容積においても、弁室側から２次側への流体の流量を極めて大きく確保することができ、確実なハイフロー化を図ることができると共に、流体の流れが安定し易くＣｖ値の変動幅も小さく抑えられ乱れることがない。
　さらに、２次側流路の加工において大きな交差断面積の形成が不要であるから、環状溝へ向かう過度に深い切削加工が不要となりボデー強度が損なわれることがないと共に、加工が容易であるから様々なタイプのバルブボデーに適用可能である。このため、広汎なバルブボデーにおいて必要となる所定のＣｖ値に応じた最適な流路空間を設計可能となり、その加工作業性も極めて良好である。
　請求項２に記載の発明によると、２次側流路の内径は環状溝の溝幅の２．８～４．５倍であるから、内径サイズが好適化され、特に近年の半導体製造装置のガス供給系などにおいて要求される高いＣｖ値を安定して得ることができる。
　請求項３に記載の発明によると、２次側流路の内径を環状溝に対して直線状に交差させたので、ボデー内への２次側流路の加工が極めて簡易化すると共に、環状溝からの流体の抜け・流出も良好となる。これと共に、環状溝の外径に２次側流路の半円形状部位を連設させたから、弁室内の流体は、環状溝の側面に大きく開口した半円形状部位から直接２次側流路へ流出可能となり、直線状の２次側流路形状と相俟って極めて流出効率が向上し、よって、バルブのハイフローと安定した高Ｃｖ値の発揮が可能となる。しかも、半円形状部位は、２次側流路の回転切削刃物をそのまま環状溝に侵入させるのみで形成することができるから、極めて加工容易である。
　請求項４に記載の発明によると、２次側流路を環状溝の内径まで到達することなく手前位置まで連設させた半円切欠溝を形成しているから、２次側流路の先端部が環状溝の内径、少なくとも弁座シートの外径位置付近となる深い位置まで加工されることが無い。よって、弁座シートの外側カシメ部の強度が偏ってカシメ工程に悪影響が生ずるおそれがない。また、半円形状部位の突当面は、フラットエンド加工により平坦形状としているので、前記交差断面積を最も大きく確保することができる。
　請求項５に記載の発明によると、交差断面積は、半円形状部位の面積と半円切欠溝の連設面積とを加算した面積としているから、交差断面積の設計が極めて簡易となると共に、高流量で安定したＣｖ値を確実に得ることが可能となる。
　請求項６に記載の発明によると、所定のＣｖ値は０．７５以上であるから、多くの使用条件に安定して対応可能なハイフローバルブの提供が可能となり、コンパクト化と流量の安定性とハイフロー等の目的を一挙に解決できる。
本例のダイヤフラムバルブの断面図である。 図１のバルブ全開状態におけるバブルボデーを拡大して示した要部拡大断面図である。 模式的に示した本例のバルブボデーの立体的な断面図を、下方から斜視して要部を拡大した要部拡大図である。 模式的に示した本例のバルブボデーの立体的な断面図を、上方から斜視して要部を拡大した要部拡大図である。 （ａ）は、模式的に示した本例のバルブボデーの側面図であり、（ｂ）は、模式的に示した本例のバルブボデーの平面図である。
　以下、本発明の一実施形態の構造を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態（本例）のバルブ用アクチュエータと、これを備えた状態の本例のダイヤフラムバルブの断面図であり、同図中央線の左側半分は本例のバルブの全閉状態を、右側半分は本例のバルブの全開状態をそれぞれ示している。図２は、図１においてバルブのボデー５０の部分を拡大して示した要部拡大断面図である。なお、本例のバルブ用アクチュエータの構造と作用は、図１を用いて後述する。
　図１、２において、本例のダイヤフラムバルブは、ボデー５０内の弁室５１に配設した弁座シート５２と、弁座シート５２の外周囲に設けた環状溝５３と、押圧手段５４を介して弁座シート５２に接離可能に設けたダイヤフラム５５と、弁室５１に連通した一次側流路５６とを備えている。なお、本例の押圧手段５４は、ボデー５０に空圧のアクチュエータ本体１００を備え、これによりエア駆動可能なダイヤフラムバルブを構成しているが、押圧手段５４としては、この他、ハンドルを有した手動機構等であってもよく、ダイヤフラム５５を押圧できる手段であれば実施に応じて任意に選択可能である。
　ボデー５０は、金属製（SUS316L）で一辺が約３．５センチ程度の略直方体形状を呈しており、両側面には一次側流路５６と二次側流路５７とが、それぞれ略水平方向に延設されている。本例の一次側流路の内径は、二次側流路５７の内径と略同一であり、ボデー５０側面に略水平方向から内部の環状溝５３の軸心位置方向に向けて先端が球状となるように切削加工され、この球状の突当面から、直線状に下へ向かう傾斜部５６ａと、鋭角に鉛直上向きに折り返して弁室５１内へ開口した縦穴部５６ｂとから形成されている。
　弁座シート５２は、本例ではＰＣＴＦＥ製であり、内径が略円形の縦穴部５６ｂの開口部６３の外周囲に設けられた環状の装着溝６５に、カシメ固定により固着されており、その上面側は、ダイヤフラム５５の下面側が可撓変形して密着（着座）可能となっている。本例のダイヤフラム５５は、略円形状に形成され、９枚のＣｏ合金製ダイヤフラムを重ねて構成している。ダイヤフラム５５の外周囲は、環状溝５３の外側面５３ａの外周囲に形成された凸部６４と、後述のボンネット３２の下面との間に挟着固定されている。
　環状溝５３は、弁座シート５２の外周囲に環状に形成されており、本例では、外側面５３ａ、内側面５３ｂ、底面５３ｃを有した断面略コ字形状となっている。図２において、ｗは、環状溝５３の溝幅（外側面５３ａの径と内側面５３ｂの径との差の半分）を示しており、ｈは、環状溝５３の溝深さ（開口部６３と底面５３ｃとの高低差（距離））である。
　環状溝５３の溝幅ｗは、ハイフロー化のため、ボデー５０の構造が許容する限り最大限確保され、弁室５１の容積の最大化が図られる。すなわち、外側面５３ａの最大径は、環状凸部６４の内径と同程度まで確保され、内側面５３ｂの最小径は、所定径を有している環状の弁座シート５２のカシメ部外側程度まで確保されることで、外側面５３ａと内側面５３ｂとの間隙となる溝幅ｗが最大限確保される。
　図２において、二次側流路５７の内径は、環状溝５３に対して直線状に交差している。本例では、少なくとも二次側流路５７の上側内周面５７ａがストレート形状であって環状溝５３の軸心位置方向へ向けて形成されていると共に、この内周面５７ａは、環状溝５３の外側面５３ａと略直角方向に交差している。このように直線状に交差させると、環状溝５３側から二次側流路５７側へ流体の抜けがよくなりＣｖ値向上に寄与することができると共に、バルブの加工性も良好である。
　また、図３に示すように、環状溝５３の外径には、二次側流路５７の半円形部位５９を連設させている。本例では、断面略円形状の二次側流路５７の上側内周面５７ａが、略筒状に形成されている環状溝５３の外側面５３ａ（外径）と交差した際に形成される略円筒面内の半円形状の開口部位が半円形部位５９であり、図５（ａ）にハッチングを付した領域として示すように、この半円形部位５９の面積をＳ１としている。このような半円形部位５９を連設するようにすると、通常は、環状溝５３に向けて二次側流路５７を穿設加工するだけで弁室５１内に大きな開口面積であって流体抵抗の少ない流路空間を確保できるから好適である。
　図２、４において、二次側流路５７を環状溝５３の内径まで到達することなく手前位置まで連設させた半円切欠溝６０を形成している。本例では、二次側流路５７のボデー５０内部における最も深い位置（先端部）は、半円切欠溝６０の突当面６１の位置であるが、この突当面６１は環状溝５３の内側面５３ｂの位置まで達しておらず、その手前位置までとなっており、具体的には、図２において、外側面５３ａの位置から環状溝５３の軸心径方向への侵入深さＬの位置まで連設されている。このように環状溝５３の内径まで到達することがないので、過度な切削により弁座シート５２などの支持構造の剛性・強度が損なわれるおそれがない。
　また、突当面６１は、フラットエンド加工により平坦形状としている。二次側流路５７は、ボデー５０の側面から略水平方向に向けて回転刃物によりストレートに刻設加工され、この刻設する際の突当面の形状は、一次側流路５６のような球状の他、円錐形状など、実施に応じて任意に選択可能であるが、本例では、フラットエンド加工による平坦形状としている。このような平坦形状の場合、後述の連設面積Ｓ２を最も大きく形成することができ、交差断面積Ｓも最大限に確保可能となる。
　図５（ｂ）においては、本例の半円切欠溝６０の連設面積Ｓ２をハッチングを付した領域として示している。この面積Ｓ２は、図示するように、ボデー５０を真上方向から見降ろして平面視した場合に、二次側流路５７が環状溝５３と交差する領域の面積であり、本例の面積Ｓ２は、概ね突当面６１と外側面５３ａとで包囲された略弓形状の領域となっている。
　本発明の交差断面積は、環状溝が形成する空間領域と二次側流路が形成する空間領域とが交差する境界面の面積であり、弁室から二次側へ至る際の流路断面積であるから、その大きさ・形状は、流体のＣｖ値を左右する。基本的には交差断面積が大きければ大きなＣｖ値が安定して得られるが、バルブボデーの構造的制約などから限界があるため、最適に設定する必要があり、この際、２次側流路断面積との関係が重要である。
　本例の交差断面積Ｓは、図５（ａ）に示した半円形部位５９の面積Ｓ１と、同図（ｂ）に示した半円切欠溝６０の連設面積Ｓ２とを加算した面積（Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２）としている。交差断面積の定義は厳密には幅が有り、複雑な領域とした場合は面積の計算が複雑となるが、本例のように定義した場合、その意義を保ちながら交差断面積Ｓの計算が単純となり、バルブボデーの簡易かつ最適な設計に寄与する。
　図２において、環状溝５３に連設させた二次側流路５７の内径Ｒは、環状溝５３の溝幅ｗの２．０～４．５倍、好ましくは、２．８～４．５倍に設定している。同図において、二次側流路５７の中心軸Ｘの位置を固定した上で、この中心軸Ｘから半径方向に二次側流路５７の内径Ｒの大きさを設定してするようにしている。また、二次側流路５７の断面積Ｔは、本例の場合、断面が略円形なので、内径Ｒから算出した円の面積に略等しい。さらに、同図では、後述する高さＨを示しており、本例の高さＨは、二次側流路５７の上側内周面５７ａの最高点位置と環状溝５３の底面５３ｃの位置との高低差（距離）である。この高さＨの調整は、上側内周面５７ａの位置を固定して底面５３ｃの位置を変化させて設定するようにしている。
　また、環状溝５３と二次側流路５７との交差断面積Ｓは、二次側流路５７の断面積Ｔより小さく、かつ、二次側流路５７の断面積Ｔに対して交差断面積Ｓを３５％以上に構成して所定のＣｖ値を得るようにしている。このように交差断面積Ｓを二次側流路５７の断面積Ｔに対して調整することで、環状溝５３側から交差領域（交差断面積Ｓ）を経て断面積Ｔの二次側流路５７へ至る際に、流路断面積が過度に絞られることなく順次拡大して流れ・抜けが良好となり、高く安定したＣｖ値を得ることができる。
　本発明のバルブは、適切にバルブをハイフロー化するため、予め所定のＣｖ値を設定し、これを満たすことができるボデー５０の流路構造の許容範囲を、所定の流体解析手段に基づいて解析して設定するようにしている。具体的には、環状溝５３の溝幅ｗが、予めボデー５０の構造的制限の範囲内で最大限に確保されていることを前提として、二次側流路５７の内径Ｒの上限は、外部シール部が残る程度まで、すなわち、ボデー５０の強度やシール性等に支障が生じない限度まで大径化され、さらに具体的には、溝幅ｗに対して４．５倍程度の大きさまでであれば、近年における半導体製造プロセス環境の使用に要請される多くのバルブが満たす条件として十分である。
　一方、二次側流路５７の内径Ｒの下限は、内径Ｒの変動がバルブのＣｖ値の変動と大小同順に変動することを前提として、適切に設定された目標Ｃｖ値に対して、このＣｖ値以上を満たすことができる径以上の径に設定され、具体的には、溝幅ｗに対して２．０倍以上、更に好適には、２．８倍以上に設定されていれば、近年の半導体製造プロセスにおける高純度ガス供給系に使用されるダイヤフラムバルブに要求される性能（ハイフロー且つコンパクト）をはじめとして、多くの使用環境に用いられるバルブの特性として十分である。二次側流路５７の断面積Ｔに対する交差断面積Ｓの下限も、上記と同様であり、具体的には、断面積Ｔに対して３５％以上に設定されていれば十分である。
　また、本発明では、所定のＣｖ値は０．７５以上としている。Ｃｖ値０．７５以上という数値は、近年必要とされるようなハイフロー化に対し、様々な弁種や使用環境において共通的に要求条件を満たすスタンダードな数値であり、特に半導体製造装置に使用されるコンパクトに小型化されたバルブにおいて、達成目標数値として好適だからである。
　続いて、本例のダイヤフラムバルブの流体解析を説明する。この流体解析では、目標Ｃｖ値として０．７５を設定し、この条件を満たすようなボデー５０に形成される流路構造の各構成要素の寸法の好適な数値範囲を、所定の３Ｄ－ＣＡＤ流体解析ソフトを用いた解析に基づいて見出したものである。
　先ず、環状溝５３の寸法に関して検討すると、当然ながら断面積が大きい方がバルブのＣｖ値を向上させることができるので、バルブの大型化を回避しつつハイフロー化しようとした場合は環状溝５３の断面積を増加させればよいことになるが、ボデー５０の構造上制約がある。例えば外側面５３ａの径は、ダイヤフラム５５の外周囲を挟着固定している凸部６４の径より大きくすることも不可能ではないものの、加工が難しくなるので回避しなければならず、このため、最大でも凸部６４の径と同一程度に採る必要がある。また、本例では、約Φ２５ｍｍのダイヤフラム５５を用いているので、外側面５３ａの径はこのダイヤフラム５５の径よりやや小径のΦ２２．２ｍｍとしている。
　内側面５３ｂの径は、一次側流路５６の縦穴部５６ｂの内径をなるべく大きく確保しなければならないことから、弁座カシメ部外側となる装着溝６５外側より小さい径とすることも不可能ではないものの、加工が難しくなるため回避する必要がある。本例では、縦穴部５６ｂ内径を約Φ７ｍｍとしており、その外径側に弁座シート５２を設けていることから、内側面５３ｂの径は、最小でも約Φ１５ｍｍとしている。よって、本例における溝幅ｗは、（外側面５３ａの径－内側面５３ｂの径）／２＝３．６ｍｍに設定される。
　環状溝５３の溝深さｈは、浅く設定し過ぎると環状溝５３と２次側流路５７との交差断面積Ｓが小さくなり、逆に、深く設定し過ぎると環状溝５３の底部が一次側流路５６と干渉してしまう。そこで、本例では、溝深さｈを約８．０ｍｍと設定すると共に、このやや深く設定された環状溝５３の下側へ潜るように、一次側流路５６の構造を上記のように傾斜部５６ａと縦穴部５６ｂとで構成して、両者の干渉を回避している。
　次に、環状溝５３の高さＨの好適な数値範囲を説明する。この流体解析においては、環状溝５３の溝幅ｗを３．６ｍｍ、二次側流路５７の内径ＲをΦ１０．２ｍｍ（この時断面積Ｔは８１．７ｍｍ２）、侵入深さＬを２．６ｍｍに固定した状態で、環状溝５３の高さＨを変更してＣｖ値解析を行い、目標Ｃｖ値以上を満たす高さＨの下限値を得たものである。この高さＨの変動に伴い、溝深さｈ、交差断面積Ｓも変動することになる。
　その結果、目標Ｃｖ値０．７５以上に対する高さＨの下限値は１．９ｍｍであることが判明し、この値を溝深さｈに換算すると約６．０ｍｍとなり、これが溝深さｈの下限値となる。また、環状溝５３の底面５３ｃの位置が、図２において中心軸Ｘより下側となった場合は、一次側流路５６との干渉が生じてくるため、溝深さｈの上限は、この中心軸Ｘの位置となる凡そ９．０ｍｍ程度となる。よって、本例において、溝深さｈの数値範囲は６．０ｍｍ～９．０ｍｍ程度が好適である。なお、溝幅ｗとの関係では、ｈ／ｗは約１．８～２．５程度が好適となる。また、この高さＨが上記下限値となる時、交差断面積Ｓは２７．３ｍｍ２であった。
　次に、溝幅ｗと内径Ｒとの関係の好適な数値範囲を説明する。この流体解析においても、環状溝５３の溝幅ｗを３．６ｍｍ、溝深さｈを８．０ｍｍ、二次側流路５７の侵入深さＬを２．６ｍｍに固定した状態で、二次側流路５７の内径Ｒを変更してＣｖ値解析を行い、目標Ｃｖ値以上を満たす内径Ｒの下限値を得たものである。この内径Ｒの変動に伴い、高さＨや断面積Ｔ、Ｓも変動することになる。
　その結果、目標Ｃｖ値０．７５以上に対する内径Ｒの下限値はΦ７．５ｍｍであることが判明した。なお、内径Ｒの上限値は流体解析していないものの、本例のボデー５０の構造からすれば、外部シール部が残る程度までは大径化可能であることから、約Φ１６ｍｍ程度となる。よって、本例において、二次側流路５７の内径Ｒの数値範囲はΦ７．５ｍｍ～Φ１６ｍｍ程度が好適である。このため、溝幅ｗとの関係では、Ｒ／ｗは約２．０～４．５倍程度が好適となる。また、この内径Ｒが上記下限値となる時、交差断面積Ｓは２８．７ｍｍ２であった。
　さらに、目標Ｃｖ値としてより好ましい０．８６以上に設定した場合は、内径Ｒの下限値はΦ１０．２ｍｍであった。よって、これに対応するＲ／ｗの数値範囲として約２．８～４．５を設定すればより好適である。
　次に、交差断面積Ｓと断面積Ｔとの関係の好適な数値範囲を説明する。この流体解析においても、環状溝５３の溝幅ｗを３．６ｍｍ、溝深さｈを８．０ｍｍ（この時高さＨは３．９ｍｍ）、二次側流路５７の内径ＲをΦ１０．２ｍｍ（この時断面積Ｔは８１．７ｍｍ２）に固定した状態で、二次側流路５７の侵入深さＬを変更してＣｖ値解析を行い、目標Ｃｖ値以上を満たす侵入深さＬの下限値を得たものである。この侵入深さＬの変動に伴い、交差断面積Ｓも変動することになる。
　その結果、目標Ｃｖ値０．７５以上に対する侵入深さＬの下限値は０．６ｍｍであることが判明した。また、この下限値の時、交差断面積Ｓは２５．２ｍｍ２であった。
　以上の流体解析結果をまとめると、以下の表１となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、上記の内、交差断面積Ｓの値に関しては、目標Ｃｖ値０．７５以上の設定に対して最も数値の高かった２８．７ｍｍ２以上に設定することが望ましいと言える。この場合、二次側流路５７の断面積Ｔとの関係では、Ｔが最も大きい値８１．７ｍｍ２を用いて、Ｓ／Ｔ＝約３５％程度以上を確保すれば十分であると考えられる。このため、従来技術に提案されているようなＳ＞Ｔに設定する必要がなく、ボデーの加工性や流体の抵抗性の向上に寄与するものである。
　続いて、本例のバルブ用アクチュエータ（押圧手段５４）の構造を説明する。図１において、本例のバルブ用アクチュエータは、アクチュエータ本体１００内に設けた弾発部材８（スプリング８）により付勢されたピストン２と、エア圧によりピストン２を動かすための少なくとも２つのエア室３（３ａ、３ｂ）とを配置すると共に、弁閉方向に増幅された力を発揮させるための倍力機構１を、何れかのエア室３に収納したエア駆動アクチュエータである。
　カバー４は、外観略円筒形状を呈し、軸心位置には、外部に設けられた図示しないエア源と接続するための接続部５が設けられ、これに繋がる流路５ａが形成されており、さらに、これに繋がるピストン２と嵌合可能な嵌合部１０が設けられている。カバー４の下端部には、ケーシング６のメネジ部７と螺着可能なオネジ部９が設けられている。また、カバー４の内部には、スプリング８を付勢するための受け部１１が凹設されている。
　ケーシング６は、カバー４と略同径の円筒状の外観に形成されており、上端部に前記したメネジ部７が形成され、下端部には、ベース１２のメネジ部１３と螺着可能なオネジ部１４が形成されている。メネジ部１３とオネジ部１４との間をシールするため、Ｏリング１５が介装されている。また、ケーシング６の内周面には、サブベース１６と係合する段部１７が形成されている。
　ベース１２は、上部がケーシング６と略同径の筒状に形成され、下部は上部より段状に縮径するように形成されていると共に、ボデー５０のメネジ部６２と螺着可能なオネジ部２０が形成されている。また、中央の軸心位置には、出力部材２１（ディスク部材２１）と嵌合して取り付け可能な取付穴２２が開口しており、この取付穴２２の内周面には、Ｏリング２３が設けられている。
　ボンネット３２は、略筒状に形成されており、本例のバルブの組立の際においては、ベース１２とボデー５０との間に設けられ、メネジ部６２をオネジ部２０に螺合する際の締付力によりベース１２の下端面がボンネット３２を押圧し、この押圧力によりボンネット３２の下面と凸部６４との間にダイヤフラム５５の周縁部が挟着されて弁室内に固定される。また、ボンネット３２の内周面は略同一径に形成された筒状空間となっており、この内周面には、略円柱形状のダイヤフラムピース３３が、この内周面とほぼ抵抗なく摺動可能に嵌合している。また、ダイヤフラムピース３３の上面は、取付穴２２に嵌合したディスク部材２１の下端面が当接可能に設けられている。
　ピストン２は、ピストン部２ａと延部２ｄ、及び、ピストン部２ｂと延部２ｃを、それぞれを一体に形成し、これら２つの部材を組み合わせて構成するようにしている。具体的には、ピストン部２ａと延部２ｃの場合は、円盤状のピストン部２ａと内部に流路３６を有する円柱状の延部２ｄとを傘状に一体形成し、延部２ｄの円形端面に中心位置となる流路３６の開口部を通るように溝を切り欠いて流路３５を形成しており、ピストン部２ｂと内部に流路３４を有した延部２ｃも同様に傘状に一体形成される。その後、流路３５を切り欠いた延部２ｄの端面を、流路３４、３５が互いに連通するようにピストン部２ｂの中心位置に組み合わせ、２つの部材からピストン２が構成するようにしているが、単一の部材からピストン２全体を一体に構成するようにしてもよい。
　また、ピストン部２ａ、２ｂの外周縁部には、Ｏリング３７、３８がそれぞれ設けられ、ケーシング６の内周面との間を摺動しつつシール可能となっている。ピストン部２ａ、２ｂの外径は、ケーシング６の段部１７より上側の内径と下側の内径にそれぞれ適合しており、後述のように、エアの給排に応じて、エア室３ａ、３ｂ内の密封性を維持したままピストン２のアクチュエータ本体１００内におけるバルブストローク動作を可能としている。
　上記の構造により、本例のアクチュエータの組立が完了した際は、ピストン部２ａの下面側とベース１２の内周面との間に形成される密封空間は、流路３６からの供給エアが導入される第一のエア室３ａとなり、ピストン部２ｂの下面側とサブベース１６の上面側との間に形成される密封空間は、流路３５からの供給エアが導入される第二のエア室３ｂとなる。このようにして、本例ではエア室３を第一のエア室３ａと第二のエア室３ｂとの２つに増設している。このようなピストン２とケーシング６との構成によりコンパクトに複数のエア室を設けたから、本例では、アクチュエータ本体１００の過度な大型化や部品点数の増加を回避しつつ、確実なエア駆動力が確保可能となる。なお、アクチュエータ本体１００の高さが条件に許容される限りの範囲において、例えばケーシング６を長く設けてピストン２を３段以上の構成としてもよい。
　ディスク部材２１は、後述のカム部材４２、４３のカム面４２ｂ、４３ｂとそれぞれ当接する略円板状の大径部３９と、アクチュエータ下部のベース１２に形成された取付穴２２に嵌合可能な略円筒状の小径部４０とから成り、本例ではこれらを一体形成している。具体的には、図１に示すように、本例のアクチュエータに内蔵されたディスク部材２１は、小径部４０が取付穴２２に上下摺動自在に嵌合しており、大径部３９の周縁部は、ベース１２の内部底面に形成され大径部３９の形状と適合するように形成された段部面４１に、上下動自在に係合している。なお、本例のディスク部材２１の材質は、機械構造用鋼（Ｓ４５Ｃ－Ｈ　ＨＲＣ４０）にＭｏＳ２コーティング処理（膜厚約１０μｍ）を施した素材を使用している。
　取付穴２２内周面には、Ｏリング２３を装着して小径部４０との間をシールするようにしている。本例の作用において後述のように、ベース１２は静止側部材となると共にディスク部材２１は可動側部材となるので、シール部材をベース１２側に設けるとベース１２の底部の厚みを小さくすることができるので、バルブの小型化に好適である。
　図１において、本例の倍力機構１は、一対のカム部材４２、４３を、共通の１本の揺動軸４４（カムシャフト）に枢着すると共に、この一対のカム部材４２、４３を第一のエア室３ａに収納するようにして構成し、これらカム部材４２、４３は、上端部にはピストン２と当接する当接部４２ａ、４３ａがそれぞれ設けられ、一方、下端部にはディスク部材２１と当接する凸状のカム面４２ｂ、４３ｂがそれぞれ形成されている。なお、４７ａはホルダ４７の環状部、４７ｂは、ホルダ４７の支持部である。本例のホルダ４７は、ベース１２の低側面に適合するように環状に形成された環状部４７ａと、この環状部４７ａの内周側にそれぞれ一体形成され対向配置された２つの支持部４７ｂとから成る。
　当接部４２ａ、４３ａには、ローラ部４５、４６がそれぞれ設けられている。ローラ部４５、４６は、ローラ４５ａ、４６ａがそれぞれローラシャフト４５ｂ、４６ｂに回動自在に設けられており、本例では、これらのローラ４５ａ、４６ａがピストン部２ａの下面に対して転動可能に当接していることで、当接部４２ａ、４３ａが構成されている。なお、当接部は、上記のようなローラ部を設けず、例えば後述の図４に模式的に示すように、カム部材の上端部に略円弧形状の円弧部を形成して、この円弧部が直接ピストンの下面に当接・摺動するように構成してもよく、このような場合は、アクチュエータの部品点数を削減して簡易に構成できる。
　次に、本例のアクチュエータの作用を説明する。先ず、エアを充填した状態のエア室３からエアを抜いていくと、所定の圧力となっていた第１のエア室３ａ、第２のエア室３ｂの内圧は外気圧まで下がっていき、ピストン２がエア室３から受ける圧力が減少していくに伴い、スプリング８の付勢力によって下方に押し下げられていく。押し下げられたピストン２の下面は、倍力機構１の当接部４２ａ、４３ａに当接しながら押圧してカム部材４２、４３をそれぞれ揺動軸４４の回りを回動させていき、この回動に伴い、カム面４２ｂ、４３ｂがディスク部材２１の大径部３９を押圧してディスク部材２１を下方に押し下げていく。
　ディスク部材２１の小径部４０下端部は、ダイヤフラムピース３３の上面に当接しているので、ディスク部材２１の押し下げに伴いダイヤフラムピース３３も押し下げられていく。ダイヤフラムピース３３の下面はダイヤフラム５５に当接しているので、ダイヤフラムピース３３が下降すると、その下面でダイヤフラム５５の上面が押圧されて可撓変形していく。ダイヤフラムピース３３の下面がダイヤフラム５５を下側に向けて凹ませるように変形させていき、ダイヤフラム５５の下面が弁座シート５２の上面に所定の圧力で圧着することにより、ダイヤフラムピース３３がバルブストロークの下限位置で係止されると共に、弁室の１次側流路５６と環状溝５３とが隔離されてバルブが全閉状態となる。
　次に、この全閉状態において、エア室３にエアを充填して全開状態としていく場合の作用を説明する。エア室３にエアを導入する際は、図示しないエア源から圧入されるエアは、ピストン２の延部２ｃに設けられた流路３４を通り、次いで延部２ｄに設けられた流路３５を通って第２のエア室３ｂに圧入される。同時に、延部２ｄに設けられた流路３６を通って第１のエア室３ａにも圧入される。
　ピストン２はスプリング８により下方に向けて付勢されているが、第１のエア室３ａにおいては可動部材は、後述のディスク部材２１を除いて、ピストン部２ａのみであるから、エア室３ａのエア圧が上昇していきスプリング８の付勢力を上回ると、このエア圧はピストン部２ａを上に押し上げるように作用する。同様に、第２のエア室３ｂにおいても、サブベース１６はケーシング６の内周面に固定されているから、可能部材はピストン部２ｂのみであり、エア室３ｂ内のエア圧が上昇してスプリング８の付勢力を上回ると、ピストン部２ｂが上に押し上げられる。よって、ピストン２全体が、ケーシング６の内周面との間の密封シールを維持したまま摺動して上方に押し上げられることになる。
　ここで、ピストン２に作用するエア圧はピストン２のエア室３内に向いた面積に比例するが、本例ではエア室３を、第１のエア室３ａに加えて、同一のケーシング６内部に薄く形成したサブベース１６を介してコンパクトに第２のエア室３ｂを２段構成していることにより、アクチュエータの大型化を回避しつつ十分なピストン面積を確保している。
　一方で、ダイヤフラム５５は、形状自己復帰力を有しているので、上記のようにエア室３ａ、３ｂ内の昇圧に伴い、カム部材４２、４３の当接部４２ａ、４３ａが、ピストン２による押し下げ付勢から解除されていくと、ダイヤフラム５５は自己復帰反力により、自然状態である上向きに緩やかに湾曲した凸形状に復帰することが可能となり、この自己復帰により弁座シート５２から離座してバルブが全開状態となる。より具体的には、この反力によりダイヤフラムピース３３が押し上げられ、これによりディスク部材２１も押し上げられ、これによりディスク部材２１はカム面４２ｂ、４３ｂを押し上げ、これによりカム部材４２、４３が揺動軸４４の回りを回動することになる。
　更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
　５０　ボデー
　５１　弁室
　５２　弁座シート
　５３　環状溝
　５４　押圧手段
　５５　ダイヤフラム
　５６　一次側流路
　５７　二次側流路
　５９　半円形部位
　６０　半円切欠溝
　６１　突当面
　Ｒ　内径
　ｗ　溝幅
　Ｓ　交差断面積
　Ｓ１　半円形部位の面積
　Ｓ２　半円切欠溝の連設面積
　Ｔ　二次側流路の断面積

Claims (6)

  1. 　ボデー内の弁室に配設した弁座シートと、弁座シートの外周囲に設けた環状溝と、押圧手段を介して弁座シートに接離可能に設けたダイヤフラムと、弁室に連通した一次側流路とを備えたダイヤフラムバルブにおいて、前記環状溝に連設させた二次側流路の内径は、前記環状溝の溝幅の２．０～４．５倍であり、前記環状溝と前記二次側流路との交差断面積は、二次側流路の断面積より小さく、かつ二次側流路の断面積に対して前記交差断面積を３５％以上に構成して所定のＣｖ値を得るようにしたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
  2. 　前記二次側流路の内径は、前記環状溝の溝幅の２．８～４．５倍である請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
  3. 　前記二次側流路の内径を前記環状溝に対して直線状に交差させ、前記環状溝の外径に前記二次側流路の半円形部位を連設させた請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
  4. 　前記二次側流路を前記環状溝の内径まで到達することなく手前位置まで連設させた半円切欠溝を形成し、この半円切欠溝の突当面は、フラットエンド加工により平坦形状とした請求項１乃至３の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
  5. 　前記交差断面積は、前記半円形状部位の面積と前記半円切欠溝の連設面積とを加算した面積である請求項１乃至４の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
  6. 　前記所定のＣｖ値は、０．７５以上である請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
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