JP4445238B2

JP4445238B2 - 流体制御弁

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Publication number: JP4445238B2
Application number: JP2003350749A
Authority: JP
Inventors: 章梶田
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: JP2005114090A

Description

本発明は、流体を制御する流体制御弁に関する。

従来より、流体制御弁は、例えば半導体製造装置やインク製造装置に取り付けられ、薬液などの流体を制御するために用いられる。図１７は、半導体製造装置に使用される流体制御弁１００の断面図である。

流体制御弁１００は、流体を制御する弁部１０１と、弁部１０１に駆動力を与える駆動部１０２とを備える。駆動部１０２は、円筒状のシリンダ１０３にピストン１０４が摺動可能に装填され、ピストン室１０５を上室１０５Ａと下室１０５Ｂとに気密に区画されている。上室１０５Ａと下室１０５Ｂにはエア源が接続し、上室１０５Ａと下室１０５Ｂの圧力変動によりピストン１０４を摺動させるようになっている。

弁部１０１は、ボディ１０６にシリンダ１０３が連結され、駆動部１０２と一体化される。ボディ１０６は、シリンダ１０３との間でダイアフラム１０７を狭持し、第１ポート１０８と第２ポート１０９との間に弁室１１０を形成している。弁室１１０の中心には、突起部１１１が突設され、第１ポート１０８を弁室１１０に連通させるための開口部１１２が弁室１１０の中心すなわち突起部１１１に向かって開口している。突起部１１１には、弁孔１１３が形成され、第２ポート１０９に連通している。突起部１１１の先端部には、ダイアフラム１０７が当接又は離間する弁座１１４が設けられ、流体が開口部１１２と弁座１１４との間を流れやすいように弁室１１０の底面１１０ａが開口部１１２から弁座１１４に向かって斜め上がりに形成されている。ダイアフラム１０７には、駆動部１０２のピストン１０４が連結し、ダイアフラム１０７を変位させるようになっている。

従って、流体制御弁１００は、図１８及び図１９に示すように第１ポート１０８に流体を供給する場合、駆動部１０２がダイアフラム１０７を引き上げると、流体がダイアフラム１０７と弁座１１４との離間量に応じて流量調整され、第２ポート１０９に出力される。ところがこのとき、流体は、開口部１１２から突起部１１１に向かって噴出され、大部分が突起部１１１にぶつかって流速を落とされ、最短経路で弁座１１４に流れ込む。そして、残りの流体は、突起部１１１の周りを二方向に分かれて流れながら、弁座１１４に流れ込む。そのため、流体は、開口部１１２から遠ざかるほど流量が減って弁座１１４に流れ込みにくくなり、開口部１１２の反対側などに液溜まりや滞留部が発生していた（図中Ｐ１参照）。

また、流体制御弁１００は、図２０及び図２１に示すように第２ポート１０９に流体を供給する場合、駆動部１０２がダイアフラム１０７を引き上げると、流体がダイアフラム１０７と弁座１１４との離間量に応じて流量調整され、開口部１１２を介して第１ポート１０８に出力される。ところがこのとき、流体は、最短経路で開口部１１２に流れようとするため、開口部１１２の反対側などがよどんで、液溜まりや滞留部が発生していた（図中Ｐ２参照）。こうした液溜まりや滞留部は、温度などの影響を受けて液質を変化させるため好ましくない。

この問題に対して、出願人は、図２２の断面図に示すような流体制御弁２００を提案した。流体制御弁２００は、弁室２１０の底面に突起部１１１の周りを螺旋状に傾斜する傾斜２１０ａを形成し、開口部１１２の片側に壁２１０ｂを設けた。これにより、図２３に示すように第２ポート１０９に流体を供給した場合と、図２４に示すように第１ポート１０８に流体を供給した場合との何れでも、流体が、突起部１１１の周りを渦巻き状に流れて弁室１１０全体の流体を巻き込むため、開口部１１２と反対側に液溜まりや滞留部が発生しにくい（特許文献１参照）。

特開２００２−３１０３１６号公報（段落０００２〜００１３、００２７〜００４９、第７図、第８図、第９図、第１０図、第１５図、第１８図。）

しかしながら、従来の流体制御弁は、流体に気泡が発生すると、その気泡が上方へ流れて、ダイアフラム１０７の膜部に溜まってしまっていた。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、気泡抜けが良い流体制御弁を提供することを目的とする。

本発明に係る流体制御弁は、次のような構成を有している。
（１）第１連通路と第２連通路との間に介在する弁室に弁座が設けられたボディを備え、弁体を前記弁座に当接又は離間させることにより、前記第１連通路と前記第２連通路との間を流れる流体を制御する流体制御弁において、前記第２連通路は、前記弁室と同軸上に設けられて前記弁室の底面に開口する弁孔と、前記弁孔に対して直交する方向に形成されて前記弁孔に連通する第２流路と、前記第２流路が前記ボディの側面に開口する部分に設けられた第２ポートとを有し、前記弁座は、前記弁孔が前記弁室に開口する部分に設けられ、前記弁室の底面は、前記弁室の側面から前記弁座に向かって縮径するテーパを有し、前記第１連通路は、前記ボディの前記第２ポートが設けられた側面と反対の側面から前記弁室の接線方向に形成され、前記弁室の内側面に開口する開口部が前記弁座に対して径方向にずれており、前記ボディの前記第２流路の軸線と前記弁室の軸線を通る断面と異なる断面上に設けられた第１流路と、前記第１流路が前記ボディの側面に開口する部分に設けられた第１ポートとを有し、前記第１流路が前記弁室の内側面に開口する開口部分より前記弁座が高位置になるように設置され、前記第１連通路から前記第２連通路へ前記流体を供給する場合に、前記流体に発生した気泡が前記テーパに沿って弁座方向へ移動し、前記弁座に流れ込む流体と共に前記第２ポートから排出され、気泡抜けが良いことを特徴とする。

（２）第１連通路と第２連通路との間に介在する弁室に設けた弁座に弁体を当接又は離間させることにより、前記第１連通路と前記第２連通路との間を流れる流体を制御する流体制御弁において、前記弁室は、円形状の底面と、前記底面の外縁に沿って設けられた側面とを有し、前記第２連通路は、前記弁室より小径であって、前記底面の中心に開口し、前記弁座は、前記第２連通路が前記底面に開口する部分に前記底面によって設けられ、前記弁室の底面は、前記弁室の側面から前記弁座に向かって縮径するテーパを有し、前記弁体は、前記第２連通路が前記底面に開口する開口面積より大きい断面積を有する円柱形状の弁体部を前記弁室の中心に配置して前記弁座に接離可能に設け、前記弁体部の外周面と前記弁室の前記側面との間に一定幅の環状の流路を形成し、前記第１連通路は、前記弁室の接線方向に形成されて前記弁室の前記側面に開口する開口部を有し、前記開口部が前記弁座からずれており、前記第１連通路が前記弁室の内側面に開口する開口部分より前記弁座が高位置になるように設置され、前記第１連通路から前記第２連通路へ前記流体を供給する場合に、前記流体に発生した気泡が前記テーパに沿って弁座方向へ移動し、前記弁座に流れ込む流体と共に前記第２連通路から排出され、気泡抜けが良いことを特徴とする。

上記構成を有する発明によれば、弁部が第１連通路から第２連通路に流体を供給する場合には、第１ポートに供給された流体は、第１流路を介して弁室の内側面に開口する開口部から弁室に流入し、弁座から弁孔、第２流路を介して第２ポートから排出される。弁室の内側面に開口する開口部から弁室に流入した流体は、弁室の内側面に開口する開口部が弁室の接線方向に形成されているため、流入した勢いで弁室内壁にぶつかって方向転換しながら弁室全体を渦巻き状に流れ、弁座に流れ込む。流体は、弁室内壁にぶつかっては弁室内壁付近の流体を巻き込んで弁室全体を流れるため、弁室によどみが発生しない。また、上記構成の発明は、第１流路が弁室の内側面に開口する開口部分より弁座が高位置になるように設置され、第１連通路から前記第２連通路へ前記流体を供給する場合に、流体に発生した気泡がテーパに沿って弁座方向へ移動して上方に集められ、弁座に渦巻き状に流れ込む流体と共に第２ポートから排出されるので、気泡抜けを向上させることができる。

上記構成を有する発明によれば、弁部が第１連通路から第２連通路に流体を供給する場合には、第１連通路に供給された流体は、弁室の側面に開口する開口部から弁室に流入し、弁座から第２連通路へ出力される。弁室の内側面に開口する開口部から弁室に流入した流体は、弁体の外周面と弁室の側面との間に形成された一定幅の環状の流路を回って流れ、弁座に流れ込む。流体は、弁室内壁にぶつかっては弁室内壁付近の流体を巻き込んで弁室全体を流れるため、弁室によどみが発生しない。また、上記構成の発明は、第１連通路が弁室の内側面に開口する開口部分より弁座が高位置になるように設置され、第１連通路から前記第２連通路へ前記流体を供給する場合に、流体に発生した気泡がテーパに沿って弁座方向へ移動して上方に集められ、弁座に渦巻き状に流れ込む流体と共に第２連通路から排出されるので、気泡抜けを向上させることができる。

次に、本発明に係る流体制御弁の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、開閉弁１の断面図である。
本実施の形態の流体制御弁は、エアオペレイト式開閉弁（以下、単に「開閉弁」という。）１であって、例えば、インク製造装置に取り付けられて流体の供給又は遮断を行う。開閉弁１は、ボディ４、シリンダ５、カバー６などにより外観が構成され、流体を制御する弁部２と、弁部２に駆動力を与える駆動部（「駆動手段」に相当するもの。）３とを備える。

駆動部３は、シリンダ５とカバー６との間に配設されている。シリンダ５は、中空孔を備える略円筒形状をなし、カバー６を取り付けられてピストン室７が形成されている。ピストン室７は、ピストンロッド８が摺動可能に装填され、一次室７Ａと二次室７Ｂとに気密に区画されている。一次室７Ａと二次室７Ｂには、操作ポート１０，１１を介して図示しないエア源が接続している。従って、一次室７Ａと二次室７Ｂの圧力変動を利用すれば、ピストンロッド８を上下方向に移動させることができる。ピストンロッド８は、廻り止めされ、先端部がシリンダ５を駆動部３側から弁部２側へと貫き通されてダイアフラム１３に連結している。

一方、弁部２は、ボディ４に内設され、ボディ４をシリンダ５に連結することにより駆動部３と一体化される。ボディ４は、耐腐食性などの観点よりＰＴＦＥ（四ふっ化エチレン樹脂）などの樹脂やステンレスをブロック状（本実施の形態では直方体形状）に成形したものであり、対向する側面に第１ポート１５と第２ポート１６が穿設されている。ボディ４は、シリンダ５と連結する側面中央に略円柱状の有底孔１７が第１ポート１５と第２ポート１６と直交する方向に開設され、有底孔１７と同軸上に弁孔１８が穿設されている。有底孔１７に弁孔１８が開口する部分（「第２開口部」に相当する部分。）には、弁座１９が設けられている。ダイアフラム１３は、周縁部１３Ｃが有底孔１７開口部に設けられた段差とシリンダ５の端部との間で狭持され、ボディ４とシリンダ５との間に形成される空間を弁室１７Ａと背室１７Ｂとに気密に区画している。

ダイアフラム１３は、耐腐食性などの観点より、ＰＴＦＥなどの樹脂を削りだしや射出成形などにより成形したものであって、円柱状の弁体部１３Ａに薄膜部１３Ｂを介して周縁部１３Ｃが同心円状に設けられている。ダイアフラム１３は、弁体部１３Ａの先端部が弁座１９に当接又は離間するように弁室１７Ａの中心に突き出す一方、弁体部１３Ａの後端部がピストンロッド８に螺設されている。従って、ピストンロッド８の移動量に応じて、弁開度を制御することができる。

ボディ４は、弁室１７Ａに渦巻き状の流れが発生するように流路構成されている。図２は、図１のＡＡ断面図である。
ボディ４は、第１ポート１５が弁室１７Ａの中心、すなわち弁座１９から幅方向にずれた位置に穿設され、第１流路２０が第１ポート１５と同軸上に形成されて弁室１７Ａに対して接線方向に連通している。第１流路２０を接線方向に形成するのは、流体が弁室１７Ａと第１流路２０との間を直線的に出入りしやすくするためである。そのため、第１流路２０が弁室１７Ａに開口する第１開口部２１は、弁室１７Ａの中心、つまり、弁座１９及びダイアフラム１３の弁体部（「突起部」に相当するもの。）１３Ａからずれた位置に設けられている。

また、ボディ４は、第２ポート１６が弁室１７Ａ及び弁座１９の中心線上に穿設され、
第２流路２２が第２ポート１６と同軸上に形成されて弁孔１８に連通している。これにより、第１ポート１５は、第１連通路２０、第１開口部２１、弁室１７Ａ、弁座１９、弁孔１８、第２流路２２を介して第２ポート１６に連通する。そして、弁室１７Ａ内壁には、図１に示すように、弁座１９に向かって縮径するテーパ２３が形成されている。
尚、本実施の形態では、第１ポート１５と第１流路２０により第１連通路２４が構成され、弁孔１８と第２流路２２と第２ポート１６とにより第２連通路２５が構成されている。

こうした開閉弁１は、ボディ４に取付板２６が固設され、取付板２６を介してインク製造装置に取り付けられるようになっている。

次に、開閉弁１の動作について説明する。先ず、第１連通路２４から第２連通路２５に流体を供給する場合について説明する。図３は、開閉弁１の断面図であって、流体が第１ポート１５から第２ポート１６に流れる様子を示した図である。図４は、ボディ４の平面図であって、流体が第１ポート１５から第２ポート１６に流れる様子を示した図である。

開閉弁１は、弁部２が駆動部３より上側になるようにインク製造装置に取り付けられ、第１ポート１５と第２ポート１６に配管が接続される。そのため、弁座１９は第１開口部２１より高位置に設けられる。

操作ポート１０に圧縮エアを供給すると、図１に示すように、ピストンロッド８が図中上向きに移動し、ダイアフラム１３の弁体部１３Ａを弁座１９に当接させて閉弁する。

第１ポート１５に流体を供給して操作ポート１０に圧縮エアを供給すると、図３に示すように、ピストンロッド８が図中下向きに移動し、ダイアフラム１３の弁体部１３Ａを弁座１９から離間させる。すると、第１ポート１５から第１流路２０を介して弁室１７Ａに流入した流体が弁座１９に流れ込み、弁孔１８、第２流路２２を介して第２ポート１６から出力される。第１開口部２１から弁室１７Ａに流入した流体は、図４に示すように、第１開口部２１が弁室１７Ａの中心、すなわち弁座１９からずれた位置に設けられているため、そのまま弁座１９に流れ込まずに、第１開口部２１から弁室１７Ａに流入した勢いで弁室１７Ａ内壁にぶつかって方向転換しながら渦巻き状に流れ、弁座１９に流れ込む。流体は、弁室１７Ａ内壁にぶつかっては弁室１７Ａの内壁付近の流体を巻き込んで弁室１７Ａ全体を流れるため、弁室１７Ａ内壁付近によどみが発生しにくい。また、流体は渦巻き状に流れながら弁座１９に流れ込むため、弁座１９付近に乱流が発生しにくい。

このとき、第１流路２０が弁室１７Ａに対して接線方向に形成されているため、流体は、第１開口部２１から弁室１７Ａに流速を損なうことなく直線的に流入し、弁室１７Ａ内壁にぶつかる。よって、流体は、弁室１７Ａに渦巻き状の流れを形成しやすい。

そして、流体は、弁体部１３Ａの外周面と弁室１７Ａの内壁との間に形成される流路に案内されて一方向に流れるため、弁室１７Ａにぶつかったときに弁室１７Ａ全体に拡散しにくく、流れの勢いが維持される。

ここで、弁室１７Ａを渦巻き状に流れる流体には遠心力が作用するため、流体が弁室１７Ａの壁面に沿って流れるが、遠心力の幅をテーパ２３により弁座１９に向かって徐々に小さくしていき、弁座１９に流れ込む流速を加速させるので、弁室１７Ａの隅の流体を流れに巻き込みやすく、弁室１７Ａの隅によどみが発生しにくい。また、流体がテーパ２３に案内されて弁座１９に緩やかな角度で流れ込むため、弁座１９付近に乱流が発生しにくい。

ところで、流体が弁室１７Ａに流入する勢いなどで、流体に気泡が発生することがある。この場合、気泡は、渦巻き状の流れの中で弁室１７Ａを上昇し、テーパ２３に沿って弁座１９方向に移動すると、弁座１９に流れ込む流体とともに第２ポート１６から排出される。そのため、弁座１９付近に気泡溜まりが発生しない。

尚、開閉弁１の使用参考例として、第２連通路２５から第１連通路２４に流体を供給する場合について説明する。図５は、開閉弁１の断面図であって、流体が第２ポート１６から第１ポート１５に流れる様子を示した図である。図６は、ボディ４の平面図であって、流体が第２ポート１６から第１ポート１５に流れる様子を示した図である。

開閉弁１は、弁部２が駆動部３より下側になるようにインク製造装置に取り付けられ、第１ポート１５と第２ポート１６に配管が接続される。そのため、第１開口部２１は弁座１９より高位置に設けられる。

操作ポート１０に圧縮エアを供給すると、ピストンロッド８が弁座１９側に移動し、ダイアフラム１３の弁体部１３Ａを弁座１９に当接させて閉弁する。

第２ポート１６に流体を供給して操作ポート１０に圧縮エアを供給すると、図５に示すように、ピストンロッド８が図中下向きに移動し、ダイアフラム１３の弁体部１３Ａを弁座１９から離間させる。すると、第２ポート１６に供給された流体が、弁座１９から弁室１７Ａ全体に噴出される。流体は、第１開口部２１が弁座１９からずれているため、弁室１７Ａから第１開口部２１へと流れ込む際に弁座１９の片側から弁室１７Ａの流体を弁室１７Ａの接線方向に引っ張る。その力によって、図６に示すように、弁室１７Ａの流体は、ダイアフラム１３の弁体部１３Ａと弁室１７Ａの内壁との間を第１開口部２１に向かって一方向に渦巻き状に流れる。流体は、弁室１７Ａ内壁にぶつかって方向転換するごとに弁室１７Ａ内壁付近の流体を巻き込んで弁室１７Ａ全体を流れるため、弁室１７Ａによどみが発生しにくい。

このとき、第１流路２０が弁室１７Ａに対して接線方向に形成されているため、流体は、弁室１７Ａから第１開口部２１に流速を損なうことなくスムーズに流れ込み、弁室１７Ａに渦巻き状の流れを形成しやすい。特に、渦巻き状に流れる流体は、遠心力を発生しているため、弁室１７Ａの内壁に案内されて第１開口部２１から第１流路２０へと直線的に流れ込みやすく、乱流が発生しにくい。

そして、流体は、弁体部１３Ａの外周面と弁室１７Ａの内壁との間に形成される流路に案内されて一方向に流れるため、弁室１７Ａの内壁にぶつかったときに弁室１７Ａ全体に拡散しにくく、流れの勢いが維持される。

ところで、流体が弁座１９から弁室１７Ａに噴出される勢いで、流体に気泡が発生することがある。この場合、気泡は、渦巻き状の流れの中で弁室１７Ａを上昇するが、第１開口部２１が弁座１９より高位置に設けられているため、第１連通路２１に流れ込む流体とともに第１ポート１５から排出される。そのため、弁室１７Ａに気泡溜まりが発生しない。

よって、本実施の形態の開閉弁１によれば、例えば、弁座１９と第１開口部２１との間に傾斜を設けなくても、第１連通路２４が弁室１７Ａに開口する第１開口部２１を弁室１７Ａの中心からずれた位置に設けただけの簡単な流路構成で液溜まりや滞留部の発生を抑制することができる。これにより、流体の液質が弁室１７Ａで変化せず、歩留まりを向上させることができる。

また、本実施の形態の開閉弁１によれば、第１連通路２４が弁室１７Ａの接線方向に形成されているので、弁室１７Ａの内壁に沿って渦巻き状の流れを形成しやすい。
また、本実施の形態の開閉弁１によれば、弁室１７Ａは、弁座１９と同軸上にダイアフラム１３の弁体部１３Ａが配設されているので、渦巻き状に流れる流体の拡散を防ぎ、弁室１７Ａを渦巻き状に流れる流体の勢いを維持することができる。

また、本実施の形態の開閉弁１によれば、第１連通路２４から第２連通路２５に流体を供給する場合には、弁座１９が第１開口部２１より高位置に設けられ、第２連通路２５から第１連通路に流体を供給する場合には、第１開口部２１が弁座１９より高位置に設けられるので、気泡抜けを向上させることができる。
さらに、本実施の形態の開閉弁１によれば、弁室１７Ａが、弁座１９に向かって縮径するテーパ２３を設けられているので、弁室１７Ａの隅に液溜まりや滞留部が発生しにくく、弁座１９付近に乱流が発生しにくい。

（第１参考例）
続いて、本発明の流体制御弁に係る第１参考例を図面を参照して説明する。図７は、レギュレータの断面図であって、停止状態を示す。図８は、レギュレータの断面図であって、制御状態を示す。
本参考例の流体制御弁は、流体圧を一定に制御するレギュレータ３１である。レギュレータ３１は、ボトムプレート３２、ボディ３３、カバー３４を連結して外観が構成され、例えば、半導体製造装置にボトムプレート３２をネジ止めし、第１ポート３５と第２ポート３６を配管に接続することにより薬液供給ラインに設置される。

ボディ３３は、耐腐食性などの観点からＰＴＦＥなどの樹脂を中空孔を備えるブロック形状に成形したものであり、第１ポート３５と第２ポート３６が側面に穿設されている。ボディ３３は、ボトムプレート３２に連結する側面中央に有底孔が形成され、その有底孔開口部にシール部材３７を装着してボトムプレート３２をボディ３３に固定することにより、第１弁室３８が形成されている。尚、シール部材３７及びボトムプレート３２は、耐腐食性の観点よりＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂）やＰＴＦＥなどの樹脂を成形したものである。

また、ボディ３３は、カバー３３に連結する側面中央に有底孔が第１弁室３８と同軸上に形成され、ボディ３３とカバー３４との間に空間３９が形成されている。その空間３９は、ボディ３３とカバー３４との間で周縁部を狭持されたダイアフラム４０により第２弁室３９Ａと背室３９Ｂに気密に区画されている。第１弁室３８と第２弁室３９Ａは、これらと同軸上に形成された弁孔４１を介して連通し、ダイアフラム４０の中央部に連結する弁軸４２が弁孔４１に摺動可能に挿通されている。弁軸４２の先端部には、弁体４３が一体成形され、第１弁室３８の弁孔４１が開口する部分に突設された弁座４４に当接又は離間するよう構成されている。一方、背室３９Ｂには、操作ポート４５が連通し、背室３９Ｂの圧力と弁室３９Ａの流体圧とのバランスによってダイアフラム４０を変位させ、弁開度を調整するようになっている。尚、カバー３３、ダイアフラム４０、弁軸４２，弁体４３なども、耐腐食性の観点からＰＴＥＦなどの樹脂で成形されている。

ボディ３３は、第１弁室３８と第２弁室３９Ａに渦巻き状の流れが発生するように流路構成されている。図９は、レギュレータ３１の下面図である。図１０は、レギュレータ３１の上面図である。
ボディ３３は、図９に示すように、第１ポート３５が第１弁室３８の中心からずれた位置に設けられ、第１連通路４６が第１ポート３５と同軸上に形成されて第１弁室３８に対して接線方向に連通している。第１連通路４６を接線方向に形成するのは、薬液を第１弁室３８に直線的に流出しやすくするためである。そのため、第１連通路４６が第１弁室３８に開口する第１開口部４７は、第１弁室３８の中心、つまり、弁座４４及び弁体（「突起部」に相当するもの。）４３からずれた位置に形成されている。

また、ボディ３３は、図１０に示すように、第２ポート３６が第２弁室３９Ａの中心からずれた位置に設けられ、第２連通路４８が第２ポート３６と同軸上に形成されて第２弁室３９Ａの接線方向に連通している。第２連通路４８を接線方向に形成するのは、薬液を第２連通路４８に流れ込みやすくさせるためである。第２連通路４８が第２弁室３９Ａに開口する第２開口部４９は、第１開口部４７から第１弁室３８に噴出された薬液が渦巻き状に流れる方向に対して直交して開口するように設けられ、第２弁室３９Ａを渦巻き状に流れる薬液がそのまま第２開口部４９に流れ込めるようになっている。

かかるレギュレータ３１は、第１ポート３５と第２ポート３６に配管を接続されて半導体製造装置に設置される。そして、操作ポート４９から背室３９Ｂに圧縮エアが供給されると、背室３９Ｂが第２弁室３９Ａより高圧になり、ダイアフラム４０が、図７に示す状態から下向きに変位して、図８に示す状態になる。これにより、弁体４３が、弁軸４２を介してダイアフラム４０に押し下げられ、弁座４４から離間する。そして、第１ポート３５に薬液を供給すると、薬液が、第１連通路４６から第１弁室３８に流入し、弁開度に応じた流量で弁孔４４を通過し、第２弁室３９Ａから第２連通路４８を介して第２ポート３６に出力される。第２弁室３９Ａが加圧されると、ダイアフラム４０が上向きに変位して弁開度を小さくする。よって、薬液は、背室３９Ｂと第２弁室３９Ａとの圧力バランスによって一定圧に制御され、第２ポート３６から出力される。

このとき、第１ポート３５に供給された薬液は、第１弁室３８、弁孔４１、第２弁室３９Ａなどを渦巻き状に流れ、第２ポート３６から出力される。図１１は、薬液が第１弁室３８を流れる様子を概念的に示した図である。図１２は、薬液が弁孔４１を流れる様子を概念的に示した図である。図１３は、薬液が第２弁室３９Ａを流れる様子を概念的に示した図である。

すなわち、第１ポート３５に供給された薬液は、図１１に示すように、第１開口部４７が第１弁室３８の中心、すなわち、弁座４４からずれた位置に形成されているため、弁座４４に短絡的に流れ込まず、第１開口部４７から弁座４４の片側に直線的に流入し、その勢いで第１弁室３８内壁にぶつかって方向転換しながら弁室３８と弁体４３との間を一方向に流れ、渦巻き状の流れを発生する。その渦巻き状の流れの勢いで、薬液は、図１２に示すように、弁孔４１と弁軸４２との間を渦巻き状に流れ、さらに、図１３に示すように渦巻き状の流れをそのまま維持して第２弁室３９Ａに流入する。第２弁室３９Ａの薬液は、第２開口部４９から第２連通路４８を介して第２ポート３６から出力されるが、第２開口部４９に流れ込む際に第２弁室３９Ａの薬液を第２弁室３９Ａの接線方向に引っ張る。この力は、渦巻き状の流れ方向と一致するため、第２弁室３９Ａに流入した薬液はそのまま渦巻き状に流れ続けて第２開口部４９に流れ込む。

このとき、薬液は、第１弁室３９、弁室４１、第２弁室３９Ａの内壁にぶつかって方向転換するごとにその内壁付近の薬液を巻き込んで、第１弁室３９、弁室４１、第２弁室３９Ａの全体を流れる。そのため、第１弁室３９、弁孔４１、第２弁室３９Ａの内壁付近などによどみが発生しにくい。

従って、本参考例のレギュレータ３１は、第１開口部４７を第１弁室３８の中心からずらした位置に設けるとともに、第２開口部４９を第２弁室３９Ａの中心からずれた位置に設けただけの簡単な流路構成で薬液を第１弁室３８や第２弁室３９Ａなどでよどませることなく出力することができる。

（第２参考例）
続いて、本発明の流体制御弁に係る第２参考例について図面を参照して説明する。図１４は、レギュレータの流路構成を概念的に示した図である。
本参考例の流体制御弁も、流体圧を一定に制御するレギュレータ５１である。レギュレータ５１は、第１参考例で説明したレギュレータ３１と基本的構造が同じであるが、流路構成が相違している。よって、ここでは、第１参考例のレギュレータ３１と相違する部分を中心に説明し、共通する部分は図面に同一符号を付し、適宜省略して説明する。

レギュレータ５１は、第１参考例のレギュレータ５１と同様に、第１弁室３８と第２弁室３９Ａがボディ３３の軸線上に設けられて弁孔４１を介して連通し、背圧３９Ｂと弁室３９Ａとの圧力バランスに応じて弁開度を調整し、薬液を第２ポート３６から一定圧で出力するよう構成されている。ボディ３３には、第１ポート５２と第２ポート５３が第１弁室３８及び第２弁室３９Ａを挟んで穿設されている。

第１ポート５２は、ボディ３３の側面から第１弁室３８の中心に向かって穿設され、第１連通路５４を介して第１弁室３８に連通している。第１連通路５４は、第１弁室３８に対して第１ポート５２から第１弁室３８の接線方向に形成され、第１連通路５４が第１弁室３８に開口する第１開口部５５が、弁室３８の中心である弁座４４からずれた位置に設けられている。

一方、第２ポート５３は、ボディ３３の側面から第２弁室３９Ａの中心に向かって穿設され、第２連通路５６を介して第２弁室３９Ａに連通している。第２連通路５６は、第２弁室３９Ａに対して第２ポート５３から接線方向に形成され、第２連通路５６が第２弁室３９Ａに開口する第２開口部５７が、第２弁室３９Ａの中心である弁孔４１からずれた位置に設けられている。尚、第２開口部５７は、第１開口部５５から第１弁室３８に流出された薬液が第１弁室３８、弁孔４１、第２弁室３９Ａを渦巻き状に流れる方向に対して直交して開口するように設けられている。
従って、第１ポート５２は、第１連通路５４、第１開口部５５、第１弁室３８、弁孔４１、第２弁室３９Ａ、第２開口部５７、第２連通路５６を介して第２ポート５３に連通している。

かかるレギュレータ５１は、半導体製造装置などに取り付けられ、ダイアフラム３５の背室３９Ｂに供給する圧縮エアを制御することにより弁体４３が弁座４４から離間する量を調整し、チャンバに供給する薬液の流量調整を行う。

このとき、第１ポート５２に供給された薬液は、第１連通路５４から第１開口部５５を介して第１弁室３８に流入し、その勢いで第１弁室３８の内壁にぶつかって方向転換しながら第１弁室３８を渦巻き状に流れる。薬液は、第１弁室３８の内壁付近の流体を巻き込みながら第１弁室３８全体を流れ、弁座４４から弁孔４１へと流れ込む。弁孔４１においても、薬液は弁軸４２の周りを渦巻き状に流れ、その流れを維持したまま第２弁室３９Ａに流出する。そして、薬液は、第２弁室３９Ａ内壁に案内されて第２開口部５７に流れ込み、第２連通路５６を介して第２ポート５３に出力される。ここで、薬液は、第２開口部５７に流れ込む際に第２弁室３９Ａの薬液を第２弁室３９Ａの接線方向に引っ張る。その力によっても、第２弁室３９Ａの薬液が渦巻き状の流れを形成する。薬液は、第１弁室３８、弁孔４１、第２弁室３９Ａを渦巻き状に流れるときに、第１弁室３８、弁孔４１、第２弁室３９Ａの内壁にぶつかっては周りの薬液を巻き込むため、第１弁室３８、弁孔４１、第２弁室３９Ａによどみが発生しにくい。

従って、レギュレータ５１は、第１開口部４７を弁室３８の中心からずれた位置に設けるとともに、第２開口部４９を第２弁室３９Ａの中心からずれた位置に設けただけの簡単な流路構成で薬液を第１弁室３８や第２弁室３９Ａでよどませることなく出力することができる。また、第１ポート５２と第２ポート５３を第１弁室３８と第２弁室３９Ａの中心線上に設けたため、第１ポート５２と第２ポート５３の穿設位置を簡単に定めることができる。

（第３参考例）
続いて、本発明の流体制御弁に係る第３参考例について図面を参照して説明する。図１５は、サックバックバルブ６１の断面図である。
本参考例の流体制御弁は、流路断面積を変化させることにより流体を一定量引き戻すサックバックバルブ６１であって、例えば半導体製造装置に使用される。サックバックバルブ６１は、ボディ６２、シリンダ６３、カバー６４を連結して外観が構成されている。

サックバックバルブ６１は、シリンダ６３とカバー６４との間にピストン室６５が形成されている。ピストン室６５には、ピストン６６が摺動可能に装填され、一次室６５Ａと二次室６５Ｂに気密に区画されている。一次室６５Ａには、スプリング６７が縮設され、ピストン６６に常時上向きの力が作用している。また、一次室６５Ａには、排気ポート６８が連通する一方、二次室６５Ｂには、操作ポート６９が連通している。従って、二次室６５Ｂに供給する圧縮エアを制御することにより、ピストン６６を摺動させることができる。尚、流量調整ロッド７０は、カバー６４に固設されたロックナット７１に進退可能に挿入され、先端部が二次室６５Ｂに突き出している。よって、流量調整ロッド７０を位置調節すれば、ピストン６６の移動量を任意に設定することができる。

ボディ６２は、シリンダ６３との間でダイアフラム７３の周縁部を狭持し、第１ポート７４と第２ポート７５との間にサックバック室（「弁室」に相当するもの。）７６を形成している。ボディ６２には、サックバック室７６と同軸上に弁孔７７が形成されている。ダイアフラム７３には、シリンダ６３からボディ６２に突き出したピストン６６の先端部が連結し、ピストン６６の摺動に応じてサックバック室７６の容積を変動させるようになっている。

また、ボディ６２は、上記実施の形態の開閉弁１とほぼ同様の流路構成を有する。図１６は、サックバックバルブ６１の下面図である。
すなわち、第１ポート７４は、ボディ６２の軸線から幅方向にずれた位置から穿設され、第１流路７８を介してサックバック室７６に連通している。第１流路７８は、第１ポート７４と同軸上に形成され、サックバック室７６に対して接線方向に形成されている。そのため、第１流路７８がサックバック室７６に連通する第１開口部７９は、サックバック室７６の中心、すなわち弁孔７７がサックバック室７６に開口する部分（「第２開口部」に相当するもの。）からずれた位置に設けられている。

一方、第２ポート７５は、ボディ６２の軸線上から穿設され、第２流路８０を介して弁孔７７に連通している。
従って、第１ポート７４は、第１流路７８、第１開口部７９、サックバック室７６、弁孔７７、第２流路８０を介して第２ポート７５と連通している。尚、本参考例では、第１ポート７４と第１流路７８により第１連通路８１が構成され、弁孔７７、第２流路８０、第２ポート７５により第２連通路８２が構成されている。

こうしたサックバックバルブ６１は、取付プレート８３を介して半導体製造装置に取り付けられ、第１ポート７４に配管が接続されるとともに、第２ポート７５に薬液をウエハに滴下するノズルが接続される。薬液をウエハに供給する場合には、操作ポート６９から二次室６５Ｂに圧縮エアを供給し、ピストン６６をスプリング６７に抗して下降させ、ダイアフラム７３を下向きに変位させる。これにより、サックバック室７６の容積が小さくなる。

サックバックバルブ６１の第１ポート７４に供給された薬液は、上記実施の形態で薬液が弁室１７Ａを流れる場合と同じようにしてサックバック室７６を流れ、第２ポート７５から出力される。簡単に説明すると、第１ポート７４に供給された薬液は、第１開口部７９からサックバック室７６に直線的に流入すると、その勢いでサックバック室７６の内壁にぶつかって方向転換しながらサックバック室７６を渦巻き状に流れて弁孔７７に流れ込み、第２流路８０を介して第２ポート７５から出力される。このとき、薬液は、サックバック室７６の内壁付近の薬液を巻き込んでサックバック室７６全体を流れるため、サックバック室７６によどみが発生しにくい。

その後、薬液の供給を停止すると同時に、サックバックバルブ６１への圧縮エアの供給を停止する。サックバックバルブ６１は、ピストン６６がスプリング６７に付勢されて上昇し、サックバック室７６の容積が拡大されるため、その容積拡大分の薬液を第２ポート７５からサックバック室７６に引き戻す。これにより、サックバック６１の第２ポート７５に接続するノズルでは、薬液が先端開口部から所定量引き戻され、余分な薬液がウエハに垂れ落ちることを防止する。

従って、本参考例のサックバックバルブ６１は、第１連通路８１がサックバック室７６に開口する第１開口部７９をサックバック室７６の中心からずれた位置に設けただけの簡単な流路構成で、サックバック室７６における液溜まりや滞留部の発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施の形態では、薬液などの液体を制御する流体制御弁について説明したが、気体を制御する流体制御弁に上記流路構成を適用してもよい。

（２）例えば、上記実施の形態では、エアオペレイト式開閉弁について説明した。それに対して、上記流路構成を電磁比例弁などに採用してもよい。この場合にも、液溜まりや滞留部の発生を抑制できるので、液質の変化を防止することができる。

（３）例えば、上記実施の形態では、流体の流れが双方向のものについて説明したが、一方向に流体を流すものであってもよい。

（４）例えば、上記第１参考例では、第１ポート３５から第２ポート３６へと一方向に流体を流すレギュレータについて説明したが、図７や図１４に示す流路構成を流体制御弁に適用し、双方向に流体を流すようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係り、開閉弁の断面図であって、閉状態を示す。同じく、図１のＡＡ断面図である。同じく、開閉弁の断面図であって、流体が第１ポートから第２ポートに流れる様子を示した図である。同じく、図３のＢＢ断面図であって、流体が第１ポートから第２ポートに流れる様子を示した図である。同じく、開閉弁の使用参考例を示す断面図であって、流体が第２ポートから第１ポートに流れる様子を示した図である。同じく、図５のＣＣ断面図であって、流体が第２ポートから第１ポートに流れる様子を示した図である。本発明の第１参考例に係り、レギュレータの断面図であって、停止状態を示す。同じく、レギュレータの断面図であって、制御状態を示す。同じく、レギュレータの下面図である。同じく、レギュレータの上面図である。同じく、流体が第１弁室を流れる様子を概念的に示した図である。同じく、流体が弁孔を流れる様子を概念的に示した図である。同じく、流体が第２弁室を流れる様子を概念的に示した図である。本発明の第２参考例に係り、レギュレータの流路構成を概念的に示した図である。本発明の第３参考例に係り、サックバックバルブの断面図である。同じく、サックバックバルブの下面図である。従来の流体制御弁の断面図である。図１７に示す流体制御弁の流路を概念的に示す図であって、流体が第１ポートから第２ポートに流れる様子を示した図である。図１７に示す流体制御弁の流路断面を概念的に示す図であって、流体が第１ポートから第２ポートに流れる様子を示した図である。図１７に示す流体制御弁の流路を概念的に示す図であって、流体が第２ポートから第１ポートに流れる様子を示した図である。図１７に示す流体制御弁の流路断面を概念的に示す図であって、流体が第２ポートから第１ポートに流れる様子を示した図である。従来の流体制御弁の断面図である。図２２に示す流体制御弁の流路を概念的に示す図であって、流体が第１ポートから第２ポートに流れる様子を示した図である。図２２に示す流体制御弁の流路断面を概念的に示す図であって、流体が第１ポートから第２ポートに流れる様子を示した図である。

１開閉弁
２弁部
３駆動部
２４第１連通路
２５第２連通路
１３ダイアフラム
１３Ａ弁体部
１７Ａ弁室
２１第１開口部
２３テーパ
３１レギュレータ
３５ダイアフラム
３８第１弁室
３９Ａ第２弁室
４２弁軸
４３弁体
４４弁座
４６第１連通路
４７第１開口部
４８第２連通路
４９第２開口部
５１レギュレータ
５２第１ポート
５３第２ポート
５４第１連通路
５５第１開口部
５６第２連通路
５７第２開口部
６１サックバックバルブ
７９第１開口部
８１第１連通路
８２第２連通路

Claims

第１連通路と第２連通路との間に介在する弁室に弁座が設けられたボディを備え、弁体を前記弁座に当接又は離間させることにより、前記第１連通路と前記第２連通路との間を流れる流体を制御する流体制御弁において、
前記第２連通路は、前記弁室と同軸上に設けられて前記弁室の底面に開口する弁孔と、前記弁孔に対して直交する方向に形成されて前記弁孔に連通する第２流路と、前記第２流路が前記ボディの側面に開口する部分に設けられた第２ポートとを有し、
前記弁座は、前記弁孔が前記弁室に開口する部分に設けられ、
前記弁室の底面は、前記弁室の側面から前記弁座に向かって縮径するテーパを有し、
前記第１連通路は、前記ボディの前記第２ポートが設けられた側面と反対の側面から前記弁室の接線方向に形成され、前記弁室の内側面に開口する開口部が前記弁座に対して径方向にずれており、前記ボディの前記第２流路の軸線と前記弁室の軸線を通る断面と異なる断面上に設けられた第１流路と、前記第１流路が前記ボディの側面に開口する部分に設けられた第１ポートとを有し、
前記第１流路が前記弁室の内側面に開口する開口部分より前記弁座が高位置になるように設置され、前記第１連通路から前記第２連通路へ前記流体を供給する場合に、前記流体に発生した気泡が前記テーパに沿って弁座方向へ移動し、前記弁座に流れ込む流体と共に前記第２ポートから排出され、気泡抜けが良い
ことを特徴とする流体制御弁。
第１連通路と第２連通路との間に介在する弁室に設けた弁座に弁体を当接又は離間させることにより、前記第１連通路と前記第２連通路との間を流れる流体を制御する流体制御弁において、
前記弁室は、円形状の底面と、前記底面の外縁に沿って設けられた側面とを有し、
前記第２連通路は、前記弁室より小径であって、前記底面の中心に開口し、
前記弁座は、前記第２連通路が前記底面に開口する部分に前記底面によって設けられ、
前記弁室の底面は、前記弁室の側面から前記弁座に向かって縮径するテーパを有し、
前記弁体は、前記第２連通路が前記底面に開口する開口面積より大きい断面積を有する円柱形状の弁体部を前記弁室の中心に配置して前記弁座に接離可能に設け、前記弁体部の外周面と前記弁室の前記側面との間に一定幅の環状の流路を形成し、
前記第１連通路は、前記弁室の接線方向に形成されて前記弁室の前記側面に開口する開口部を有し、前記開口部が前記弁座からずれており、
前記第１連通路が前記弁室の内側面に開口する開口部分より前記弁座が高位置になるように設置され、前記第１連通路から前記第２連通路へ前記流体を供給する場合に、前記流体に発生した気泡が前記テーパに沿って弁座方向へ移動し、前記弁座に流れ込む流体と共に前記第２連通路から排出され、気泡抜けが良い
ことを特徴とする流体制御弁。