JP2002054761A

JP2002054761A - 流体制御バルブ

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Publication number: JP2002054761A
Application number: JP2000242288A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Koike; 和彦小池; Mitsuru Mamiyou; 満馬明
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-20
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: JP4551542B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属製の弁体で金属製の弁座をシールするた
めに必要な推力を確保しつつ小型化を図ったアクチュエ
ータを有する流体制御バルブを提供すること。【解決手段】出力用コイルバネ１９の付勢力をレバー
１６などの梃子機構で増加させて作用させることによ
り、ロッド２１に前進方向（弁本体３側）の推力を発生
させて、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁座２７
に密着させる。これにより、金属製のダイヤフラム２６
で金属製の弁座２７をシールするために必要な推力を確
保されるとともに、出力用コイルバネ１９の外径を小さ
くできる余地が生まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製の弁体を金
属製の弁座に密着・離間させる流体制御バルブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置に使用される流体
制御バルブのうち、高温の流体を制御するものについて
は、熱負荷に対抗するため、殆どの部材を金属材料で製
作している。従って、金属製の弁体を金属製の弁座に密
着させて、金属製の弁体で金属製の弁座をシールするた
めには、金属製の弁体を金属製の弁座に強く押しつける
必要がある。

【０００３】そこで、例えば、図９や図１０に示された
流体制御弁においては、金属製の弁体を金属製の弁座に
強く押しつけるために、特開平９−２６０５２に記載さ
れたアクチュエータを駆動部として使用している。

【０００４】ここで、図９と図１０について説明する
と、図９と図１０に示された流体制御弁は、金属製の弁
体として、金属製のダイヤフラム１１４を使用したもの
である。そして、図９において、アクチュエータ１００
のハウジングキャップ１０１の高圧空気導入口１０２よ
り、空気室１０３に高圧空気を導入させると、ピストン
１０５が押し出され、これにより、カム１０６の他端の
ローラ１０７が押されてピン１０８を中心に回動し、図
１０に示すように、カム１０６の一端がフランジ１０９
を押して、軸１１０をピストン１０５の押出方向とは逆
の方向に移動させる。これにより、軸１１０と結合され
ているステム１１１がスプリング１１２に抗して一体に
移動するので、ダイヤフラム押し込みピース１１３の押
圧力がそう失し、その結果、ダイヤフラム１１４は自身
の弾性復元力によって弁座１１５から離間するので、ガ
ス流入通路１１６とガス流出通路１１７が相互に連通
し、弁開状態となる。

【０００５】一方、空気室１０３から高圧空気を排出さ
せると、ピストン１０５を押し出す力が無くなり、カム
１０６の他端のローラ１０７が解放されるので、図９に
示すように、軸１１０と一体のステム１１１がスプリン
グ１１２の復元力により弁本体１１８側に移動し、その
ため、ダイヤフラム押し込みピース１１３が押圧される
ので、ダイヤフラム１１４が弁座１１５に圧接し、弁閉
状態となる。

【０００６】すなわち、図９や図１０に示された流体制
御弁においては、ステム１１１に対し、スプリング１１
２の復元力を弁本体１１８側へ直接に作用させることに
より、金属製のダイヤフラム１１４を金属製の弁座１１
５に強く押しつけていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９や
図１０に示された流体制御弁においては、カム１０６、
ローラ１０７、ピン１０８などで構成される梃子機構
が、金属製のダイヤフラム１１４を金属製の弁座１１５
に強く押しつけるための手段としてでなく、金属製のダ
イヤフラム１１４を金属製の弁座１１５から離間させる
際に、上述したスプリング１１２の復元力に対抗する手
段として用いられている。

【０００８】従って、金属製のダイヤフラム１１４で金
属製の弁座１１５をシールするために必要な推力を、ス
テム１１１に直接に作用するスプリング１１２の復元力
のみで確保しており、そのため、スプリング１１２の外
径の最小化に限界が生じ、アクチュエータ１００の小型
化を妨げる大きな要因になっていた。

【０００９】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、金属製の弁体で金属製
の弁座をシールするために必要な推力（以下、「シール
推力」という）を確保しつつ小型化を図ったアクチュエ
ータを有する流体制御バルブを提供することを課題とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に成された請求項１に係る発明は、流体制御バルブであ
って、梃子機構のレバーの一端部に出力用コイルバネの
付勢力が作用することにより、前記レバーの他端部と係
合するロッドを前進させる一方、駆動源の圧力を受けた
ピストンが移動して、前記出力用コイルバネを圧縮させ
ることにより、前記レバーの一端部を前記出力用コイル
バネの付勢力から解放するとともに、復帰用コイルバネ
の付勢力により、前記ロッドを後退させるアクチュエー
タを有し、前記アクチュエータにより、金属製の弁体を
金属製の弁座に密着・離間させること、を特徴としてい
る。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載する流体制御バルブにおいて、前記弁体がダイヤフ
ラムであること、を特徴とする流体制御バルブ。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は請求項２に記載する流体制御バルブにおいて、半導体
製造装置に使用されること、を特徴としている。

【００１３】このような特徴を有する本発明の流体制御
バルブは、レバーなどを有する梃子機構、ピストン、ロ
ッド、出力用コイルバネ、復帰用コイルバネなどを備え
たアクチュエータによって、金属製の弁体を金属製の弁
座に密着・離間させる。すなわち、ノーマル時では、梃
子機構のレバーの一端部に出力用コイルバネの付勢力が
作用しており、そのため、レバーの他端部と係合するロ
ッドに前進方向の推力が発生するので、金属製の弁体が
金属製の弁座に密着することになる。一方、非ノーマル
時では、ピストンが駆動源の圧力を受けて移動すること
により、出力用コイルバネが圧縮するので、レバーの一
端部が出力用コイルバネの付勢力から解放され、その結
果、復帰用コイルバネの付勢力により、ロッドに後退方
向の推力が発生するので、金属製の弁体が金属製の弁座
から離間することになる。

【００１４】従って、本発明の流体制御バルブでは、出
力用コイルバネの付勢力を梃子機構の梃子比で増加させ
て作用させることにより、ロッドに前進方向の推力を発
生させて、金属製の弁体を金属製の弁座に密着させてお
り、これにより、「シール推力」を確保しているので、
最低限必要な出力用コイルバネの付勢力は、「シール推
力」を梃子比で除した値となる。よって、「シール推
力」を梃子比で除した値と「シール推力」の値との差に
相当する分だけ、出力用コイルバネの外径を最小化する
ことが可能となり、出力用コイルバネを内蔵するアクチ
ュエータを小型化することができるので、「シール推
力」を確保しつつ小型化を図ったアクチュエータを有す
る流体制御バルブを提供することが可能となる。

【００１５】尚、これらの点については、アクチュエー
タにより、金属製のダイヤフラムを金属製の弁座に密着
・離間させる流体制御バルブにおいても、同様である。

【００１６】また、半導体製造装置においては、高温度
の流体を制御することが多く、そこで使用される流体制
御バルブには、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離
間させる構造を必要とする。さらに、半導体製造装置で
使用される場合には、流体制御バルブに対して、常に、
より高度な遮断性や、より一層の小型化が求められる。
従って、それらの観点からするならば、本発明の流体制
御バルブは最適であると言うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照にして説明する。図１と図２に、本実施の形態の
流体制御バルブ１の断面図を示す。図１は、ノーマル時
の弁閉の状態を示したものである。図２は、非ノーマル
時の弁開の状態を示したものである。図１や図２に示す
ように、流体制御バルブ１は、ハウジング２２、ハウジ
ング２２の上部に螺合されるキャップ１１、ハウジング
２２の下部が螺合する弁本体３に大別することができ
る。

【００１８】キャップ１１の内部には、ピストン１３が
装入されており、キャップ１１の内側とピストン１３の
外周を耐熱パッキン１２で密封することにより、空気室
３４を形成している。空気室３４は、導入口３３を介し
て外部と連通する。また、キャップ１１がハウジング２
２の上部と螺合することにより、キャップ１１とハウジ
ング２２で挟み込むようにして、梃子ベース１５を内設
している。

【００１９】梃子ベース１５には、図５の部分断面図や
図６の背面図で示すように、その中心において、ロッド
用嵌入口４２が形成され、その周辺において、等ピッチ
で３個の伝達ロッド用嵌通口４１が形成されるととも
に、背面において、各々の伝達ロッド用嵌通口４１の内
側に、平行ピン用挿入口を穿孔した梃子架台部４３が設
けられている。そして、３個の梃子架台部４３の間にお
いては、平行ピン用挿入口を穿孔したレバー１６が（図
７、図８参照）、図１や図２に示すように、回動可能に
支持される。

【００２０】そのために、ここでは、梃子架台部４３に
穿孔された平行ピン用挿入口の軸線と、レバー１６に穿
孔された平行ピン用挿入口の軸線とが重なり合うよう
に、梃子架台部４３の間にレバー１６をセットし、それ
らの平行ピン用挿入口に平行ピン１７を軸通させること
により行っている。

【００２１】一方、ハウジング２２の内部には、出力用
コイルバネ１９が内蔵されており、出力用コイルバネ１
９の上端には、コイルバネ押さえ１８が載置されてい
る。そして、キャップ１１がハウジング２２の上部と螺
合すると、コイルバネ押さえ１８の上面に、梃子ベース
１５に回動可能に支持された３個のレバー１６の一端部
が圧接することになる。さらに、このとき、コイルバネ
押さえ１８の上面とピストン１３の間に、梃子ベース１
５の伝達ロッド用嵌通口４１（図５、図６参照）を嵌通
した伝達ロッド１４が介装される。

【００２２】また、ハウジング２２の内部には、その中
心線上において、ロッド２１がその下端を弁本体３側に
貫いた状態で取り付けられている。そして、キャップ１
１がハウジング２２の上部と螺合すると、ロッド２１に
挿着された復帰用コイルバネ２０の両端が、ハウジング
２２の底面とロッド２１のフランジ部に圧接することに
なる。さらに、このとき、ロッド２１に形成された係合
部には、梃子ベース１５に回動可能に支持された３個
のレバー１６の他端部が圧接するとともに、ロッド２１
の上端が、梃子ベース１５のロッド用嵌入口４２（図
５、図６参照）に嵌入されることになる。

【００２３】尚、図３は、図１の線Ａ−Ａで切断した断
面図であり、図４は、図１の線Ｂ−Ｂで切断した断面図
である。

【００２４】また、弁本体３には、流入路３１と流出路
３２が形成されており、流入路３１の末端に位置する弁
座２７や流出路３２の始端などは、ダイヤフラム２６で
覆われている。そして、ダイヤフラム２６は、その周縁
がホルダー２３の周縁突起部と当接しており、ハウジン
グ２２の下部が弁本体３と螺合すると、ホルダー２３と
弁本体３で挟持されることになる。さらに、このとき、
ホルダー２３の中央部には、第１ステム２４が嵌装され
ているので、第１ステム２４の上面が、ロッド２１の下
端に接面するとともに、第１ステム２４の下面は、第１
ステム２４の下面にねじ込まれた第２ステム２５を介し
て、ダイヤフラム２６の上面に接面することになる。

【００２５】そして、このような構成を有する流体制御
バルブ１では、２５０℃程度の高温の流体を制御するた
めに、耐熱パッキン１２と第２ステム２５を除く全ての
構成部品が金属材料から製作されており、例えば、ダイ
ヤフラム２６はＮｉ−Ｃｏ合金で、その他の構成部品の
多くはＳＵＳ３１６で製作されている。

【００２６】次に、本実施の形態の流体制御バルブ１の
動作について説明する。図１に示すように、ノーマル時
のロッド２１においては、コイルバネ押さえ１８とレバ
ー１６を介して、出力用コイルバネ１９の付勢力が弁本
体３側に作用すると同時に、復帰用コイルバネ２０の付
勢力がキャップ１１側に作用する。従って、出力用コイ
ルバネ１９の付勢力が作用する方向と復帰用コイルバネ
２０の付勢力が作用する方向が向き合うことになる。し
かし、出力用コイルバネ１９の付勢力は、復帰用コイル
バネ２０の付勢力より格段に大きく、さらに、レバー１
６や梃子ベース１５などで構成された梃子機構により、
梃子比を乗じた大きさに増加されて作用することから、
ノーマル時のロッド２１には、弁本体３側に大きな推力
が発生することになる。そのため、ノーマル時のロッド
２１は、弁本体３側に前進し、その結果、ロッド２１の
下端が第１ステム２４の上面に圧接して、第２ステム２
５がダイヤフラム２６を弁座２７に強く押しつけること
ができるので、ダイヤフラム２６や弁座２７が金属製で
あっても、弁閉状態となる。

【００２７】一方、弁閉状態にある流体制御バルブ１に
おいて、導入口３３を介して、駆動源たる圧縮空気を空
気室３４に充填すると、図２に示すように、ピストン１
３が圧縮空気の圧力を受けて弁本体３側に移動すること
になる。そして、ピストン１３が弁本体３側に移動する
と、伝達ロッド１４を介して、コイルバネ押さえ１８も
弁本体３側に移動し、出力用コイルバネ１９が圧縮され
るので、レバー１６の一端部に出力用コイルバネ１９の
付勢力が作用しなくなる。そのため、ロッド２１には、
復帰用コイルバネ２０の付勢力しか作用せず、キャップ
１１側に推力が発生するので、ロッド２１はキャップ１
１側に後退することになる。その結果、ロッド２１の下
端が第１ステム２４の上面に圧力を加えることが不可能
となるので、ダイヤフラム２６の反力により、第１ステ
ム２４、第２ステム２５がキャップ１１側に押し上げら
れて、ダイヤフラム２６が弁座２７から離間し、弁開状
態に移行することになる。

【００２８】以上詳細に説明したように、本実施の形態
の流体制御バルブ１は、レバー１６などを有する梃子機
構、ピストン１３、ロッド２１、出力用コイルバネ１
９、復帰用コイルバネ２０などを備えたアクチュエータ
２によって、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁座
２７に密着・離間させる。すなわち、ノーマル時では、
図１に示すように、梃子機構のレバー１６の一端部に、
コイルバネ押さえ１８を介して、出力用コイルバネ１９
の付勢力が作用しており、そのため、レバー１６の他端
部と係合するロッド２１に前進方向（弁本体３側）の推
力が発生するので、金属製のダイヤフラム２６が金属製
の弁座２７に密着することになる。一方、非ノーマル時
では、ピストン１３が圧縮空気の圧力を受けて、図１か
ら図２に示すように移動することにより、伝達ロッド１
４とコイルバネ押さえ１８を介して、出力用コイルバネ
１９が圧縮するので、レバー１６の一端部が出力用コイ
ルバネ１９の付勢力から解放される。その結果、復帰用
コイルバネ２０の付勢力により、ロッド２１に後退方向
（キャップ１１側）の推力が発生するので、金属製のダ
イヤフラム２６が金属製の弁座２７から離間することに
なる。

【００２９】従って、本実施の形態の流体制御バルブ１
では、出力用コイルバネ１９の付勢力を、レバー１６な
どを有する梃子機構の梃子比で増加させて作用させるこ
とにより、ロッド２１に前進方向（弁本体３側）の推力
を発生させて、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁
座２７に密着させており、これにより、「シール推力」
を確保しているので、最低限必要な出力用コイルバネ１
９の付勢力は、「シール推力」を梃子比で除した値とな
る。よって、「シール推力」を梃子比で除した値と「シ
ール推力」の値との差に相当する分だけ、出力用コイル
バネ１９の外径を最小化することが可能となり、出力用
コイルバネ１９を内蔵するアクチュエータ２を小型化す
ることができるので、「シール推力」を確保しつつ小型
化を図ったアクチュエータ２を有する流体制御バルブ１
を提供することが可能となる。

【００３０】尚、本実施の形態では、「シール推力」の
値は９８０Ｎであり、「シール推力」を梃子比で除した
値である、最低限必要な出力用コイルバネ１９の付勢力
の値は、４９０Ｎである。

【００３１】また、本発明は上記実施の形態に限定され
るものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更
が可能である。例えば、本実施の形態の流体制御バルブ
１は、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁座２７に
密着・離間させるものであったが、金属製のダイヤフラ
ム２６に特に限定する趣旨ではなく、金属製の弁体を金
属製の弁座に密着・離間させるものであってもよい。

【００３２】また、本実施の形態では、流体制御バルブ
１の使用場所については言及しなかったが、半導体製造
装置においては、高温度の流体を制御することが多く、
そこで使用される流体制御バルブには、金属製の弁体を
金属製の弁座に密着・離間させる構造を必要とする。さ
らに、半導体製造装置で使用される場合には、流体制御
バルブに対して、常に、より高度な遮断性や、より一層
の小型化が求められる。従って、それらの観点からする
ならば、本実施の形態の流体制御バルブ１は最適である
と言うことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の流体制御バルブでは、出力用コ
イルバネの付勢力を梃子機構の梃子比で増加させて作用
させることにより、ロッドに前進方向の推力を発生させ
て、金属製の弁体を金属製の弁座に密着させており、こ
れにより、「シール推力」を確保しているので、最低限
必要な出力用コイルバネの付勢力は、「シール推力」を
梃子比で除した値となる。よって、「シール推力」を梃
子比で除した値と「シール推力」の値との差に相当する
分だけ、出力用コイルバネの外径を最小化することが可
能となり、出力用コイルバネを内蔵するアクチュエータ
を小型化することができるので、「シール推力」を確保
しつつ小型化を図ったアクチュエータを有する流体制御
バルブを提供することが可能となる。

【００３４】尚、これらの点については、アクチュエー
タにより、金属製のダイヤフラムを金属製の弁座に密着
・離間させる流体制御バルブにおいても、同様である。

【００３５】また、半導体製造装置においては、高温度
の流体を制御することが多く、そこで使用される流体制
御バルブには、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離
間させる構造を必要とする。さらに、半導体製造装置で
使用される場合には、流体制御バルブに対して、常に、
より高度な遮断性や、より一層の小型化が求められる。
従って、それらの観点からするならば、本発明の流体制
御バルブは最適であると言うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流体制御バルブの断面図であって、弁
閉状態を示したものである。

【図２】本発明の流体制御バルブの断面図であって、弁
開状態を示したものである。

【図３】図１の線Ａ−Ａで切断した断面図である。

【図４】図１の線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。

【図５】本発明の流体制御バルブで使用される梃子ベー
スの部分断面図である。

【図６】本発明の流体制御バルブで使用される梃子ベー
スの背面図である。

【図７】本発明の流体制御バルブで使用されるレバーの
正面図である。

【図８】本発明の流体制御バルブで使用されるレバーの
側面図である。

【図９】従来技術の流体制御バルブの断面図であって、
弁閉状態を示したものである。

【図１０】従来技術の流体制御バルブの断面図であっ
て、弁開状態を示したものである。

【符号の説明】

１流体制御バルブ２アクチュエータ１３ピストン１６レバー１９出力用コイルバネ２０復帰用コイルバネ２１ロッド２６ダイヤフラム２７弁座

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】梃子機構のレバーの一端部に出力用コイ
ルバネの付勢力が作用することにより、前記レバーの他
端部と係合するロッドを前進させる一方、駆動源の圧力
を受けたピストンが移動して、前記出力用コイルバネを
圧縮させることにより、前記レバーの一端部を前記出力
用コイルバネの付勢力から解放するとともに、復帰用コ
イルバネの付勢力により、前記ロッドを後退させるアク
チュエータを有し、前記アクチュエータにより、金属製の弁体を金属製の弁
座に密着・離間させること、を特徴とする流体制御バル
ブ。
【請求項２】請求項１に記載する流体制御バルブにお
いて、前記弁体がダイヤフラムであること、を特徴とする流体
制御バルブ。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載する流体制
御バルブにおいて、半導体製造装置に使用されること、を特徴とする流体制
御バルブ。