JP2024069014A - 流体制御機器 - Google Patents

Abstract

【課題】サックバック機能の応答性および安定性を向上させることが可能な流体制御機器を提供すること。【解決手段】制御流体を入力する入力ポート１１１と、制御流体を出力する出力ポート１１２と、入力ポート１１１と出力ポート１１２を連通する下流側流体室１１６ａと、を備える流体制御機器１において、下流側流体室１１６ａに隣接する圧力作用室１１６ｂを備えること、下流側流体室１１６ａと圧力作用室１１６ｂとを区画するダイアフラム部材１５を備えること、ダイアフラム部材１５は、圧力作用室１１６ｂ内の流体圧力のみに基づき、下流側流体室１１６ａの側または圧力作用室１１６ｂの側に弾性変形すること。【選択図】図１

Description

本発明は、制御流体を入力する入力ポートと、制御流体を出力する出力ポートと、入力ポートと出力ポートを連通する流体室と、を備える流体制御機器に関するものである。

半導体や液晶などの製造工程で使用される薬液や純水等は、供給源からノズル等の吐出口へと圧送される途中で弁によってその流量が制御される。その際、一定量の薬液を供給するために弁を一定間隔で開閉するが、その閉弁時にノズル側流路内の薬液を吸引することによって、吐出停止後に薬液がそのノズル先端から過剰に滴下されることが防止されている。その薬液吸引のために、例えば、特許文献１に開示される、開閉弁の機能とサックバック機能とを備えた流体制御機器が用いられている。

ここで、特許文献１に開示される流体制御機器について説明する。なお、符号は、特許文献１に記載のものを用いている。特許文献１に開示される流体制御機器は、制御流体を入力する入力ポート１１と、制御流体を出力する出力ポート１２と、入力ポート１１と出力ポート１２とを連通する弁孔１４と、弁孔１４の外周部に形成される弁座１３と、弁座１３に対して当接離間する環状の弁体部５ａを備えたダイアフラム弁体５と、弁体部５ａに係着する案内管２１を備えた第１ピストン２２と、第１ピストン２２を貫いて案内管２１内に嵌挿されダイアフラム弁体５の中心部に係着するロッド３１を備えた第２ピストン３２と、第１ピストン２２をダイアフラム弁体５の閉方向に付勢するための第１スプリング２７と、第２ピストン３２をダイアフラム弁体５の開方向に付勢するための第２スプリング３６と、を備えている。

第１ピストン２２により駆動されるダイアフラム弁体５の弁体部５ａが、弁孔１４の外周部に形成される弁座１３と当接離間することで、開閉弁の機能が得られている。また、閉弁状態で、第２ピストン３２を閉方向に駆動するための操作エアの供給を停止すると、第２スプリング３６の付勢力により、第２ピストン３２が開方向に駆動される。これにより、ダイアフラム弁体５の中心部５ｃが開方向に上昇され、弁孔１４の容積を拡大するため、サックバックを行うことが可能となっている。

特開平１１－０５１２２３号公報

しかしながら、上記した流体制御機器には、以下のような問題があった。

特許文献１に開示される流体制御機器は、第２スプリング３６の付勢力により第２ピストン３２を駆動することで、サックバックを行う。しかし、第２ピストンが動こうとする際には、案内管２１の内面との間の摺動抵抗や、シールリング３５の摺動抵抗が働く。このため、第２スプリングの付勢力のみで第２ピストン３２を駆動しようとすると、操作エアの供給停止から、第２ピストン３２の駆動が開始されるまでにタイムラグが生じ、サックバック機能の応答性が低下することが懸念される。また、第２ピストン３２の駆動源である第２スプリング３６は、経年変化により付勢力が低下することも考えられるところ、この付勢力の低下によっても、サックバック機能の応答性が低下することが懸念される。

半導体製造装置においては、薬液等の制御流体の吐出停止後にサックバックを開始するタイミングが早すぎると、ノズル等の吐出口の先端から気泡を流体制御機器内に巻き込むおそれがある。気泡が巻き込まれると、次に薬液の吐出を行う際に、薬液とともに気泡も吐出され、半導体の製造不良を招きかねない。一方で、サックバックを開始するタイミングが遅すぎれば、薬液の過剰な吐出が行われ、これも半導体の製造不良を招きかねない。このため、サックバック開始のタイミングとしては、±０．０５秒の繰り返し精度が求められる。そのような中で、上記のような応答性の低下は好ましくない。

さらに、特許文献１に開示される流体制御機器を構成する部品の寸法公差により、機器によって上記した摺動抵抗の働き具合が変わることが考えられる。これにより、安定した第２ピストン３２の駆動を得られず、サックバック機能の安定性が低下することが懸念される。

サックバック機能の応答性および安定性の低下は、過剰な薬液の滴下の原因となり得る。近年、半導体の高性能化に伴って、サックバック機能の高精度化が必要になっていることから、サックバック機能の応答性および安定性の向上が望まれている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、サックバック機能の応答性および安定性を向上させることが可能な流体制御機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様における流体制御機器は、次のような構成を有している。

（１）制御流体を入力する入力ポートと、前記制御流体を出力する出力ポートと、前記入力ポートと前記出力ポートを連通する流体室と、を備える流体制御機器において、前記流体室に隣接する隣接空間を備えること、前記流体室と前記隣接空間とを区画するダイアフラム部材を備えること、前記ダイアフラム部材は、前記隣接空間内の流体圧力のみに基づき、前記流体室の側または前記隣接空間の側に弾性変形すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の流体制御機器において、前記隣接空間は、負圧発生器に接続されていること、前記負圧発生器により前記流体圧力が負圧にされるとき、前記ダイアフラム部材は、前記隣接空間の側に弾性変形し、前記隣接空間の容積を減少させること、前記隣接空間の容積の減少に応じて、前記流体室の容積が増大することで、前記制御流体のサックバックを行うこと、を特徴とする。

上記の流体制御機器によれば、ダイアフラム部材は、隣接空間内の流体圧力のみに基づき、流体室の側または隣接空間の側に弾性変形することを特徴としているため、例えば、負圧発生器により、隣接空間の流体圧が負圧にされると、ダイアフラム部材は、隣接空間の側に弾性変形し、隣接空間の容積を減少させる。すると、隣接空間の容積の減少に応じて、流体室の容積が増大するため、制御流体のサックバックを行うことが可能になる。

流体圧力のみによりダイアフラム部材を弾性変形させることでサックバックを行うのであり、特許文献１に開示される流体制御機器のようにピストンの駆動によりサックバックを行うものではない。よって、流体制御機器を構成する部品間の摺動抵抗の影響を受けにくい。また、ダイアフラム部材を弾性変形させるための駆動源は流体圧であるため、ダイアフラム部材を弾性変形させる力が経年変化により低下するおそれも少ない。よって、摺動抵抗や経年変化によるサックバック機能の応答性の低下を防止することが可能である。

また、流体制御機器を構成する部品間の摺動抵抗の影響を受けにくいことから、流体制御機器を構成する部品の寸法公差によって、サックバック機能の安定性が低下するおそれもない。

（３）（１）または（２）に記載の流体制御機器において、前記隣接空間は、前記ダイアフラム部材の弾性変形する方向において前記ダイアフラム部材に対向する位置に、前記隣接空間の側に弾性変形する前記ダイアフラム部材に当接して、前記ダイアフラム部材の最大変形量を規制する規制部を備えること、を特徴とする。

（４）（３）に記載の流体制御機器において、前記規制部は、前記ダイアフラム部材の弾性変形する方向において、位置の調整が可能であること、を特徴とする。

特許文献１に開示される流体制御機器は、第２ピストンの駆動量に応じて、弁孔の容積の変動量が定まる。第２ピストンの最大駆動量は、ロッドにより定まるところ、寸法公差等の積み重ねにより、弁孔の容積の変動量にばらつきが生じるおそれがある。弁孔の容積の変動量にばらつきが生じると、サックバック量の安定性が低下するおそれがある。例えば、半導体製造装置において、サックバックにより、制御流体がノズル等の吐出口の先端から数ｍｍ後退することとした場合、サックバック量の安定性低下により、サックバック量が多くなると、制御流体が後退する量が大きくなり過ぎて、次に制御流体の吐出を行うタイミングが遅れたり、吐出量が少なくなったりするおそれがある。これは、半導体の製造不良を招きかねないため、好ましくない。

一方、（３）または（４）に記載の流体制御機器は、ダイアフラム部材の変形量により、流体室および隣接空間の容積の増減量が定まるところ、ダイアフラム部材に当接することで、最大変形量を規制する規制部を備えている。規制部がダイアフラム部材に直接当接するものであれば、寸法公差に積み重ねが少なくなり、流体室および隣接空間の容積の増減量にばらつきが生じるおそれが低減される。これにより、サックバック量の安定性を確保できる。

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体制御機器において、前記流体室の上流側に設けられる上流側流体室と、前記流体室と前記上流側流体室とを連通させる弁孔と、前記弁孔の外周に沿って設けられる環状弁座と、前記上流側流体室に収容され、前記環状弁座に対して、前記ダイアフラム部材が弾性変形する方向と一致する方向に当接離間する弁体と、を備えること、前記弁体は、前記上流側流体室から、前記弁孔を通じて、前記流体室まで延在する、延在部を備えること、前記延在部は、前記ダイアフラム部材と分離可能に遊嵌されていること、を特徴とする。

（５）に記載の流体制御機器によれば、隣接空間の流体圧を調整することで、弁体の環状弁座に対する当接離間の動作を制御することが可能になるため、サックバック機能の他、開閉弁としての機能と、制御流体の圧力調整が可能なレギュレータとしての機能と、を持たせることが可能である。

また、特許文献１に開示される流体制御機器は、スプリングの付勢力により弁閉を行うが、スプリングは偏荷重が発生するため、弁体に傾きが生じるおそれがある。弁体に傾きが生じると、弁座に片当たりし、摩耗等によるパーティクルが発生しやすくなる。一方、（５）に記載の流体制御機器は、流体圧により弁体の開度調整を行うため、スプリングのような偏荷重が生じない。よって、弁体が環状弁座に片当たりするおそれが低減され、摩耗等によるパーティクルの発生を抑えることが可能である。

（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体制御機器1において、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）は、圧力調整器２２を介して、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）に操作流体（例えば、操作エア）を供給するための操作流体供給源（例えば、圧縮エア供給源２３）と、負圧を発生する負圧発生器２４と、に接続されていること、圧力調整器２２は、上記操作流体（操作エア）と上記負圧により、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）内の流体圧力の調整を行うこと、を特徴とする。

（６）に記載の流体制御機器１によれば、圧力調整器２２により隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）内の流体圧力を調整可能である。よって、流体圧力を正圧から負圧に調整する際や、負圧から正圧に調整する際に リニアに調整することが可能となるため、サックバックの応答性の低下を防止することができる。

本発明の流体制御機器によれば、サックバック機能の応答性および安定性を向上させることが可能である。

弁開状態にある流体制御機器の断面図である。 弁閉状態にある流体制御機器の断面図である。 サックバックを行った状態の流体制御機器の断面図である。 流体制御機器に供給される操作エアの圧力を制御する圧力制御回路を示すブロック図である。 制御信号と操作エアの圧力との関係の一例を表したグラフである。

本発明に係る流体制御機器の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、弁開状態にある流体制御機器１の断面図である。図２は弁閉状態にある流体制御機器１の断面図である。図３は、サックバックを行った状態の流体制御機器１の断面図である。なお、図１－図３中の上下方向が、後述する弁体１４の開閉方向である。また、参照する図面は、分かり易さのためにデフォルメされたものであり、各部材の形状や寸法等を正確に表したものではない。

（流体制御機器の構成について）

本実施形態に係る流体制御機器１は、半導体製造工程に用いられる薬液や純水等（制御流体の一例）の圧力制御を行うレギュレータである。

流体制御機器１は、図１－図３に示すように、弁本体１１と、上カバー１２と、下カバー１３とを備えている。上カバー１２と下カバー１３とは、図中の上下方向（後述する弁体１４の開閉方向と同一の方向）から弁本体１１を挟むようにして、弁本体１１に組付けられている。なお、弁本体１１は、内部を制御流体が流れる接液部材であるため、耐腐食性の高いフッ素系合成樹脂により成形されている。一方、接液部材ではない上カバー１２と下カバー１３は、例えばポリプロピレン樹脂により成形されている。

弁本体１１は、制御流体が入力される入力ポート１１１と、制御流体が出力される出力ポート１１２とが形成されている。入力ポート１１１には、制御流体の供給源（不図示）が接続されており、当該供給源から流体制御機器１に制御流体が入力される。出力ポート１１２にはノズル（不図示）が接続されており、流体制御機器１から出力される制御流体を半導体等に滴下する。

弁本体１１には、弁本体１１の下カバー１３の側の端面（図１－図３中の下端面）から上カバー１２の側に向かって、上流側流体室１１３が穿設されている。上流側流体室１１３は、入力流路１１１ａによって入力ポート１１１と連通している。さらに、上流側流体室１１３の上カバー１２側の内面１１３ａには、弁孔１１４が穿設されている。この弁孔１１４は、上流側流体室１１３と同軸上に位置している。上流側流体室１１３の内面１１３ａには、弁孔１１４の外周に沿って環状弁座１１５が突設されている。環状弁座１１５の先端は平坦にされており、後述する弁体１４が当接する当接面である。

さらに、弁本体１１には、弁本体１１の上カバー１２の側の端面（図１－図３中の上端面）から下カバー１３の側に向かって、略円柱状の空間として開口部１１６が穿設されている。この開口部１１６は、上流側流体室１１３および弁孔１１４と同軸上に設けられている。また、開口部１１６は、後述するダイアフラム部材１５によって、開閉方向において、２室に区画されている。すなわち、下流側流体室１１６ａ（流体室の一例）と、圧力作用室１１６ｂ（隣接空間の一例）と、に区画されている。下流側流体室１１６ａは、弁孔１１４により上流側流体室１１３に連通している。さらに、下流側流体室１１６ａは、出力流路１１２ａにより出力ポート１１２に連通している。したがって、弁本体１１には、入力流路１１１ａと、上流側流体室１１３と、弁孔１１４と、下流側流体室１１６ａと、出力流路１１２ａとによって、入力ポート１１１から出力ポート１１２までの一連の流路が構成されている。

上流側流体室１１３には、開閉方向に往復動可能な略円柱形状の弁体１４が収容されている。この弁体１４は、接液部材であるため、耐腐食性の高い、例えばフッ素系合成樹脂により成形されている。

弁体１４には、その軸線方向の中央部に、他の部分よりも径の大きい拡径部１４１が形成されている。拡径部１４１の、弁座１１５ａに対向する端面は、環状弁座１１５に当接する当接面１４１ａである。よって、図２に示すように、流体制御機器１が閉弁状態にあるとき、弁体１４と環状弁座１１５は平面同士で当接する。このように、当接面１４１ａが環状弁座１１５に当接した状態では、入力ポート１１１から出力ポート１１２までの流路が遮断された状態である。一方、図１に示すように、当接面１４１ａが弁座１１５ａから離間した状態では、入力ポート１１１から出力ポート１１２までの流路が連通された状態である。

さらに弁体１４は、下カバー１３側の端部に、弁体１４と一体に成形された薄膜部１４２と、薄膜部１４２の外周に形成された固定部１４３と、を備えている。固定部１４３は弁本体１１と下カバー１３とに挟持されており、これにより、弁体１４は、上流側流体室１１３と同軸上に位置するように固定されている。そして、薄膜部１４２は、弁体１４が開閉方向に往復運動するに伴って弾性変形可能なように形成されている。

弁体１４の、当接面１４１ａから上カバー１２側に向かって延在部１４５が突設されている。この延在部１４５は、弁孔１１４を通じて下流側流体室１１６ａまで延在しており、延在部１４５の先端部１４４は、ダイアフラム部材１５に対して分離可能に遊嵌されている。このダイアフラム部材１５は、略円盤状に形成されている。また、ダイアフラム部材１５は、接液部材であるため、耐腐食性の高い、例えばフッ素系合成樹脂により成形されている。

ダイアフラム部材１５は、中央部１５１と、中央部１５１の外周に形成される薄膜部１５２と、薄膜部１５２の外周に形成される環状の固定部１５３と、からなる。中央部１５１には、弁体１４側の端面の中央に、嵌合部１５１ａが穿設されている。そして、この嵌合部１５１ａに、弁体１４の上カバー１２側の先端部１４４が遊嵌されている。この遊嵌とは、弁体１４が閉方向（図中の上方向）に移動する際に中心軸位置がブレないように位置決めするためのものである一方、ダイアフラム部材１５と弁体１４とが離れる方向に力が働いた時には離間可能なものである。

ダイアフラム部材１５の固定部１５３は、上カバー１２と弁本体１１とにより挟持されており、これにより、ダイアフラム部材１５が固定されている。このように固定されることで、中央部１５１が、薄膜部１５２を弾性変形させながら、弁体１４とともに開閉方向に往復運動になっている。固定部１５３と、上カバー１２の間には、Ｏリング１９が配設されており、圧力作用室１１６ｂの気密を保っている。

上カバー１２には、圧力作用室１１６ｂに連通する導入ポート１２１が形成されており、導入ポート１２１を通じて圧力作用室１１６ｂに操作エアを供給することができる。圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力は、後述する圧力制御回路２１（図４参照）により調整可能となっている。そして、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力と下流側流体室１１６ａとの圧力バランスに応じて、ダイアフラム部材１５は、薄膜部１５２を弾性変形させながら、開閉方向における位置を変動させる。これにより、弁体１４の開閉方向における位置が調節される。

開閉方向に変位可能なダイアフラム部材１５の上限位置は、圧力作用室１１６ｂ内に設けられる規制部１８１３により定まる。規制部１８１３は、上カバー１２に挿通される調整部材１８により設けられている。

上カバー１２は、圧力作用室１１６ｂに連通する貫通孔１２２と、貫通孔１２２に連通するとともに同軸上に位置する雌ネジ部１２３と、を備えており、調整部材１８は、この貫通孔１２２と雌ネジ部１２３とに挿通されている。調整部材１８は、ロッド１８１と、ハンドル１８２と、からなる。ロッド１８１は、略円柱形状に形成されており、上カバー１２に挿入されている側の太径部１８１１と、太径部１８１１から上方に延在する細径部１８２２とを備える。太径部１８１１のダイアフラム部材１５に対向する面が、ダイアフラム部材１５の上限位置を定める規制部１８１３である。また、太径部１８１１の外周面と、上カバー１２の貫通孔１２２の内周面との間には、Ｏリング２０が配設されており、圧力作用室１１６ｂの気密を保っている。また、細径部１８２２の外周面は雄ネジ部１８１ｂであり、上カバー１２の雌ネジ部１２３と螺合している。ロッド１８１の、上カバー１２から突出している側の端部には、ハンドル１８２が結合されており、このハンドル１８２を握って、ロッド１８１の中心軸を中心にして回転させることが可能になっている。調整部材１８の雄ネジ部１８１ｂと上カバー１２の雌ネジ部１２３が螺合されているため、ロッド１８１が回転されることで、調整部材１８の開閉方向における位置を無段階に調整可能になっている。すなわち、開閉方向における規制部１８１３の位置を調整可能であり、ダイアフラム部材１５が変形する際の上限位置を調整可能である。

下カバー１３には、弁体１４と同軸上に、略円柱状の空間として、ばね収容室１３１が形成されている。ばね収容室１３１は、弁体１４の薄膜部１４２を挟んで上流側流体室１１３と反対側に位置している。ばね収容室１３１には、圧縮コイルばね１６が収容されている。

さらに、ばね収容室１３１には、弁体１４と同軸上に凹状のガイド部１３２が設けられている。ガイド部１３２には、弁体１４を下カバー１３側から支持する支持部材１７が挿入されている。支持部材１７の外周面から突出して設けられているフランジ部１７１には、圧縮コイルばね１６が当接している。これにより、支持部材１７は、弁本体１１側（図中の上方）に向かって付勢されている。

また、支持部材１７は、弁体１４側の上端面に穿設された溝１７２に弁体１４の下端部が差し込まれており、これにより弁体１４を支持している。支持部材１７は圧縮コイルばね１６により上方に付勢されているため、支持部材１７に支持される弁体１４も上方に付勢されている。つまり、弁体１４は、環状弁座１１５に当接しようとする閉方向へ付勢されている。そして、弁体１４が開方向に移動する際には、圧縮コイルばね１６の付勢力に抗して移動することになる。圧縮コイルばね１６に偏荷重が発生した場合、弁体１４傾きが生じるおそれがあるが、支持部材１７の溝１７２と弁体１４の下端部は球面同士で接触しているため、弁体１４が環状弁座１１５に当接したときに、弁体１４の姿勢が自然と補正されるようになっている。これにより、弁体１４が環状弁座１１５に片当たりすることを防いでいる。

また、支持部材１７は、弁体１４とは反対側の端部（図中の下端部）に、ガイド部１３２に挿入される摺動部１７３を備えている。弁体１４の環状弁座１１５に対する当接離間の動作は、摺動部１４７がガイド部１３２に挿入されていることで、ガイド部１３２によって案内される。

（圧力制御回路の構成について）
次に、流体制御機器１に供給される操作エアの圧力を制御するための圧力制御回路２１について説明する。図４は、流体制御機器１に供給される操作エアの圧力を制御する圧力制御回路２１を示すブロック図である。図５は、制御信号と操作エアの圧力との関係の一例を表したグラフである。

圧力制御回路２１は、図４に示すように、操作エア供給配管２１１を介して、流体制御機器１の導入ポート１２１に接続されており、操作エアを圧力調整した上で圧力作用室１１６ｂ（図１－図３参照）に供給するための回路である。圧力制御回路２１は、圧力調整器２２と、圧縮エア供給源２３（操作流体供給源の一例）と、負圧発生器２４と、真空用レギュレータ２５と、コントローラ２６と、を備えている。

圧縮エア供給源２３は、例えばコンプレッサであり、圧縮エア供給用配管２１２を介して、圧力調整器２２に接続されている。圧縮エア供給源２３は、圧縮エア供給用配管２１２を通して、圧縮エアを圧力調整器２２に供給している。圧縮エアの圧力値は特に限定されないが、本実施形態においては、例えば、０．５ＭＰａの圧縮エアを供給する。

負圧発生器２４は、例えばエジェクタであり、排気用配管２１３を介して、圧力調整器２２に接続されている。負圧発生器２４が発生する負圧の圧力値は特に限定されないが、本実施形態においては、例えば、－０．０５から－０．０９ＭＰａの負圧を発生する。また、排気用配管２１３上には、真空用レギュレータ２５が配設されている。この真空用レギュレータ２５により排気量を調整することで、圧力調整器２２から流体制御機器１に供給される操作エアの圧力の安定化を図っている。

圧力調整器２２は、例えば真空対応の電空レギュレータであり、圧縮エア供給源２３から供給される圧縮エアと、負圧発生器２４が発生する負圧とにより、流体制御機器１に供給する操作エアの圧力を調整する。本実施形態においては、例えば、－０．０５から０．５ＭＰａの間で操作エアの圧力を調整する。この圧力の調整は、コントローラ２６から圧力調整器２２に出力される制御信号に基づき行われる。制御信号は電圧値として圧力調整器２２に与えられるものであり、例えば、図５に示すように、制御信号の電圧値が上昇するに応じ、操作エアの圧力値が比例して上昇するように設定されている。具体的には、制御信号が０Ｖの時は、圧力調整器２２が操作エアの圧力を－０．０５ＭＰａに調整するものとされており、制御信号の電圧値が上昇するに応じ、操作エアの圧力値が比例して上昇し、制御信号の最大値５Ｖの時は、圧力調整器２２が操作エアの圧力を０．５ＭＰａに調整するよう設定されている。なお、図５に示すグラフは、あくまでも制御信号の電圧値と、操作エアの圧力値との対応関係を示すものであって、流体制御機器１に供給される操作エアの圧力値が常にリニアに制御されることを示すものでない。

また、排気用配管２１３を分岐させ、複数の圧力調整器２２を並列して設けても良い。複数の圧力調整器２２および流体制御機器１を並列して設けることとしても良い。

（流体制御機器の動作について）
流体制御機器１は、開閉弁の機能と、レギュレータの機能と、サックバックの機能と、を備えている。

まず、開閉弁の機能について説明する。流体制御機器１は、流体制御機器１内の入力ポート１１１から出力ポート１１２までの一連の流路の開閉を行うことで、制御流体の出力および遮断を行うことができる。

流体制御機器１（圧力作用室１１６ｂ）に対して操作エアの供給が行われていない状態、すなわち、圧力調整器２２において操作エアが０ＫＰａに調整されており、圧力作用室１１６ｂ内が大気圧である状態では、圧縮コイルばね１６の付勢力によって弁体１４は環状弁座１１５に当接され、流体制御機器１は閉弁状態（図２示す状態）になる。つまり、流体制御機器１内の流路が閉じられた状態であり、制御流体の流れは遮断されている。

一方、圧力調整器２２から流体制御機器１（圧力作用室１１６ｂ）に対して操作エアが供給され、圧力作用室１１６ｂの圧力が上昇していくと、ダイアフラム部材１５は、圧縮コイルばね１６の付勢力に抗して、下流側流体室１１６ａの側に弾性変形し、圧力作用室１１６ｂの容積が拡大していく。これに伴い、弁体１４が環状弁座１１５から離間し、流体制御機器１は開弁状態（図１に示す状態）になる。つまり、流体制御機器１内の流路が開かれた状態であり、制御流体の出力が行われる状態である。本実施形態においては、圧力調整器２２から０．５ＭＰａの操作エアを供給するときが、最大の弁開度が得られる。

次に、レギュレータの機能について説明する。流体制御機器１は、圧力作用室１１６ｂに供給する操作エアの圧力調整を行うことで、出力ポート１１２から出力される制御流体の圧力を安定化させることができる。

圧力調整器２２が供給可能な圧力値の範囲内において、任意の圧力の操作エアを流体制御機器１に供給し、圧力作用室１１６ｂ内を正圧の状態にすることで、流体制御機器１を開弁状態にする。すると、流体制御機器１から制御流体が出力される。この場合に、例えば、流体制御機器１の下流側のノズルで制御流体の使用量が増えれば、下流側流体室１１６ａの圧力が低下する。下流側流体室１１６ａの圧力が、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力よりも小さくなると、ダイアフラム部材１５の薄膜部１５２は下流側流体室１１６ａの側に変形し、ダイアフラム部材１５は、下流側流体室１１６ａの圧力と圧力作用室１１６ｂの圧力とのバランスが取れる位置まで移動する。これに伴い、弁体１４の開度が大きくなる。また、一方で、流体制御機器１の下流側のノズルで制御流体の使用量が減少すれば、下流側流体室１１６ａの圧力が上昇する。下流側流体室１１６ａの圧力が、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力よりも大きくなると、ダイアフラム部材１５の薄膜部１５２は圧力作用室１１６ｂの側に変形し、ダイアフラム部材１５は、下流側流体室１１６ａの圧力と圧力作用室１１６ｂの圧力とのバランスが取れる位置まで移動する。これに伴い、弁体１４の開度が小さくなる。

このように、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力と下流側流体室１１６ａとの圧力バランスに応じて、ダイアフラム部材１５は、薄膜部１５２を弾性変形させながら、開閉方向における位置を変動させる。これにより、弁体１４の開閉方向における位置が調節され、出力ポート１１２から出力される制御流体の圧力を安定化させることができる。

次に、サックバックの機能について説明する。流体制御機器１は、閉弁状態となったあと、サックバックの機能を用いることで、出力ポート１１２側の制御流体を吸引し、制御流体がノズルから過剰に滴下されることを防止することができる。

流体制御機器１（圧力作用室１１６ｂ）に対して操作エアの供給が行われており、流体制御機器１が制御流体を出力している状態から、操作エアの供給を停止すると（すなわち、圧力調整器２２において操作エアがゼロＫＰａに調整されると）、圧縮コイルばね１６の付勢力により、弁体１４は環状弁座１１５に当接され、流体制御機器１は閉弁状態になる。この状態から、操作エアを負圧にすると（すなわち、圧力調整器２２において操作エアの圧力を－０．０５ＭＰａに調整すると）、ダイアフラム部材１５が圧力作用室１１６ｂの側に弾性変形する。このとき、弁体１４は、環状弁座１１５に当接していて、圧力作用室１１６ｂの側に移動できないため、図３に示すように、ダイアフラム部材１５は、弁体１４から分離し、単体で圧力作用室１１６ｂの側に変形する。この際、ダイアフラム部材１５は、規制部１８１３に当接する位置まで変形する。この変形により、圧力作用室１１６ｂの容積が減少され、圧力作用室１１６ｂの容積の減少に応じて、下流側流体室１１６ａの容積が増大する。下流側流体室１１６ａの容積が増大することで、制御流体のサックバックが行われる。つまり、出力ポート１１２側の制御流体を吸引し、制御流体がノズルから過剰に滴下されることを防止する。

サックバックされる制御流体の量は、下流側流体室１１６ａの容積の増大量に応じて定まる。そして、下流側流体室１１６ａの容積の増大量は、ダイアフラム部材１５の圧力作用室１１６ｂ側への変形量により定まる。圧力作用室１１６ｂ内の規制部１８１３の位置は、無段階で調整可能であるため、ダイアフラム部材１５の変形量を調整可能である。よって、規制部１８１３の位置を調整することで、サックバックされる制御流体の量を調整可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る流体制御機器１は、
（１）制御流体を入力する入力ポート１１１と、制御流体を出力する出力ポート１１２と、入力ポート１１１と出力ポート１１２を連通する流体室（例えば、下流側流体室１１６ａ）と、を備える流体制御機器１において、流体室（下流側流体室１１６ａ）に隣接する隣接空間（例えば、圧力作用室１１６ｂ）を備えること、流体室（下流側流体室１１６ａ）と隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）とを区画するダイアフラム部材１５を備えること、ダイアフラム部材１５は、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）内の流体圧力（例えば操作エアの圧力）のみに基づき、流体室（下流側流体室１１６ａ）の側または隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の側に弾性変形すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の流体制御機器１において、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）は、負圧発生器２４に接続されていること、負圧発生器２４により流体圧力が負圧にされるとき、ダイアフラム部材１５は、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の側に弾性変形し、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の容積を減少させること、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の容積の減少に応じて、流体室（下流側流体室１１６ａ）の容積が増大することで、制御流体のサックバックを行うこと、を特徴とする。

上記の流体制御機器１によれば、ダイアフラム部材１５は、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）内の流体圧力のみに基づき、流体室（下流側流体室１１６ａ）の側または隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の側に弾性変形することを特徴としているため、例えば、負圧発生器２４により、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の流体圧が負圧にされると、ダイアフラム部材１５は、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の側に弾性変形し、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の容積を減少させる。すると、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の容積の減少に応じて、流体室（下流側流体室１１６ａ）の容積が増大するため、制御流体のサックバックを行うことが可能になる。

流体圧力のみによりダイアフラム部材１５を弾性変形させることでサックバックを行うのであり、特許文献１に開示される流体制御機器のようにピストンの駆動によりサックバックを行うものではない。よって、流体制御機器１を構成する部品間の摺動抵抗の影響を受けにくい。また、ダイアフラム部材１５を弾性変形させるための駆動源は流体圧であるため、ダイアフラム部材１５を弾性変形させる力が経年変化により低下するおそれも少ない。よって、摺動抵抗や経年変化によるサックバック機能の応答性の低下を防止することが可能である。

また、流体制御機器１を構成する部品間の摺動抵抗の影響を受けにくいことから、流体制御機器１を構成する部品の寸法公差によって、サックバック機能の安定性が低下するおそれもない。

（３）（１）または（２）に記載の流体制御機器１において、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）は、ダイアフラム部材１５の弾性変形する方向においてダイアフラム部材１５に対向する位置に、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の側に弾性変形するダイアフラム部材１５に当接して、ダイアフラム部材１５の最大変形量を規制する規制部１８１３を備えること、を特徴とする。

（４）（３）に記載の流体制御機器１において、規制部１８１３は、ダイアフラム部材１５の弾性変形する方向（開閉方向と同一の方向）において、位置の調整が可能であること、を特徴とする。

（３）または（４）に記載の流体制御機器１は、ダイアフラム部材１５の変形量により、流体室（下流側流体室１１６ａ）および隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の容積の増減量が定まるところ、ダイアフラム部材１５に当接することで、最大変形量を規制する規制部１８１３を備えている。規制部１８１３がダイアフラム部材１５に直接当接するものであれば、寸法公差に積み重ねが少なくなり、流体室（下流側流体室１１６ａ）および隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の容積の増減量にばらつきが生じるおそれが低減される。これにより、サックバック量の安定性を確保できる。

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体制御機器１において、流体室（下流側流体室１１６ａ）の上流側に設けられる上流側流体室１１３と、流体室（下流側流体室１１６ａ）と上流側流体室１１３とを連通させる弁孔１１４と、弁孔１１４の外周に沿って設けられる環状弁座１１５と、上流側流体室１１３に収容され、環状弁座１１５に対して、ダイアフラム部材１５が弾性変形する方向と一致する方向に当接離間する弁体１４と、を備えること、弁体１４は、上流側流体室１１３から、弁孔１１４を通じて、流体室（下流側流体室１１６ａ）まで延在する、延在部１４５を備えること、延在部１４５は、ダイアフラム部材１５と分離可能に遊嵌されていること、を特徴とする。

（５）に記載の流体制御機器１によれば、隣接空間（圧力作用室１１６ｂ）の流体圧を調整することで、弁体１４の環状弁座１１５に対する当接離間の動作を制御することが可能になるため、サックバック機能の他、開閉弁としての機能と、制御流体の圧力調整が可能なレギュレータとしての機能と、を持たせることが可能である。

また、特許文献１に開示される流体制御機器は、スプリングの付勢力により弁閉を行うが、スプリングは偏荷重が発生するため、弁体に傾きが生じるおそれがある。弁体に傾きが生じると、弁座に片当たりし、摩耗等によるパーティクルが発生しやすくなる。一方、（５）に記載の流体制御機器１は、流体圧により弁体１４の開度調整を行うため、スプリングのような偏荷重が生じない。よって、弁体１４が環状弁座１１５に片当たりするおそれが低減され、摩耗等によるパーティクルの発生を抑えることが可能である。

（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体制御機器において、前記隣接空間は、圧力調整器を介して、前記隣接空間に操作流体を供給するための操作流体供給源と、負圧を発生する負圧発生器と、に接続されていること、前記圧力調整器は、前記操作流体と前記負圧により、前記流体圧力の調整を行うこと、を特徴とする。

（６）に記載の流体制御機器によれば、圧力調整器により隣接空間内の流体圧力を調整可能である。よって、流体圧力を正圧から負圧に調整する際や、負圧から正圧に調整する際に リニアに調整することが可能となるため、サックバックの応答性の低下を防止することができる。

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、本実施形態における流体制御機器はレギュレータであるが、サックバック機能に特化した流体制御機器であっても良い。

１ 流体制御機器
１５ ダイアフラム部材
１１１ 入力ポート
１１２ 出力ポート
１１６ａ 下流側流体室（流体室の一例）
１１６ｂ 圧力作用室（隣接空間の一例）

Claims (6)

1. 制御流体を入力する入力ポートと、前記制御流体を出力する出力ポートと、前記入力ポートと前記出力ポートを連通する流体室と、を備える流体制御機器において、
   前記流体室に隣接する隣接空間を備えること、
   前記流体室と前記隣接空間とを区画するダイアフラム部材を備えること、
   前記ダイアフラム部材は、前記隣接空間内の流体圧力のみに基づき、前記流体室の側または前記隣接空間の側に弾性変形すること、
   を特徴とする流体制御機器。
2. 請求項１に記載の流体制御機器において、
   前記隣接空間は、負圧発生器に接続されていること、
   前記負圧発生器により前記流体圧力が負圧にされるとき、前記ダイアフラム部材は、前記隣接空間の側に弾性変形し、前記隣接空間の容積を減少させること、
   前記隣接空間の容積の減少に応じて、前記流体室の容積が増大することで、前記制御流体のサックバックを行うこと、
   を特徴とする流体制御機器。
3. 請求項１または２に記載の流体制御機器において、
   前記隣接空間は、前記ダイアフラム部材の弾性変形する方向において前記ダイアフラム部材に対向する位置に、前記隣接空間の側に弾性変形する前記ダイアフラム部材に当接して、前記ダイアフラム部材の最大変形量を規制する規制部を備えること、
   を特徴とする流体制御機器。
4. 請求項３に記載の流体制御機器において、
   前記規制部は、前記ダイアフラム部材の弾性変形する方向において、位置の調整が可能であること、
   を特徴とする流体制御機器。
5. 請求項１または２に記載の流体制御機器において、
   前記流体室の上流側に設けられる上流側流体室と、
   前記流体室と前記上流側流体室とを連通させる弁孔と、
   前記弁孔の外周に沿って設けられる環状弁座と、
   前記上流側流体室に収容され、前記環状弁座に対して、前記ダイアフラム部材が弾性変形する方向と一致する方向に当接離間する弁体と、
   を備えること、
   前記弁体は、前記上流側流体室から、前記弁孔を通じて、前記流体室まで延在する、延在部を備えること、
   前記延在部は、前記ダイアフラム部材と分離可能に遊嵌されていること、
   を特徴とする流体制御機器。
6. 請求項１に記載の流体制御機器において、
   前記隣接空間は、圧力調整器を介して、前記隣接空間に操作流体を供給するための操作流体供給源と、負圧を発生する負圧発生器と、に接続されていること、
   前記圧力調整器は、前記操作流体と前記負圧により、前記流体圧力の調整を行うこと、
   を特徴とする流体制御機器。

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