JP5982354B2 - Fluid control valve - Google Patents
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Description
本発明は、操作流体の圧力によって2つ以上のピストンを摺動させ、弁体を弁座に当接または離間させる流体制御弁に関するものである。 The present invention relates to a fluid control valve in which two or more pistons are slid by the pressure of an operating fluid and a valve body is brought into contact with or separated from a valve seat.
従来、操作エアの圧力によって2つ以上のピストンを摺動させるエアオペレートバルブにおいて、弁体を弁座に当接または離間させるため、弁体が弁座に当接する方向に付勢する圧縮バネが使用されている。半導体製造プロセスでは、危険なガスを扱うため、半導体製造用のエアオペレートバルブからガスが少しでも漏れることを阻止する必要がある。そのため、エアオペレートバルブの閉弁時に高いシール性が求められている。例えば、特許文献1には、図10に示すようなエアオペレートバルブ100がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an air operated valve that slides two or more pistons by operating air pressure, a compression spring that urges the valve body in a direction to contact the valve seat in order to contact or separate the valve body from the valve seat. It is used. In the semiconductor manufacturing process, since dangerous gas is handled, it is necessary to prevent any gas from leaking from the air operated valve for semiconductor manufacturing. Therefore, high sealing performance is required when the air operated valve is closed. For example,
しかし、エアオペレートバルブ100には、以下のような問題点があった。
すなわち、エアオペレートバルブ100にはピストン101A、101B、101Cがある。それぞれのピストンには、8つのコイルバネ102A〜102A、102B〜102B、102C〜102Cが円周状に取り付けられ、使用されている。8つのコイルバネのうち、例えば、いずれか1つのコイルバネが劣化すると、弁体がバランスを崩して傾き、エアオペレートバルブ100の閉弁時に必要なシール力が、悪化する恐れがあった。
上記問題を解決するために、特許文献2に記載のエアオペレートバルブ200では、図11に示すように、第1ピストン201と第2ピストン202のうち、第1ピストン201には、閉弁時にシール力を得るために、2つのコイルバネ203、204を同一平面上に2つ備えている。
However, the air operated
That is, the air operated
In order to solve the above problem, in the air operated
しかしながら、特許文献2に記載のエアオペレートバルブ200には、次のような問題があった。
(1)閉弁に必要なシール力を得るために、エアオペレートバルブ200のように、第1ピストン201に、同一平面上に2つのコイルバネ203、204を取り付けると、バルブが大型化してしまう恐れがある。近年、半導体製造装置では、半導体ウエハの製造プロセスが複雑化するにつれ、多種のガスの切り替えが必要とされている。これに伴い、設置すべきバルブの数が増加している。そのため、エアオペレートバルブを複数設置すると、全体の設置面積が増加するという問題が生じる。そこで、1つ1つのバルブを小型化する要請が高まっている。
(2)また、バルブを小型化すると、設置面積が限定され、バネの線径やバネの径の自由度がなくなる。その理由は、設置面積が限定されると、バネの線径を細くせざるをえず、また、バネの径が小さいものを用いるしかないためである。そのため、1つのバネに加わる応力が上がることになり、バネの耐久性に問題が生じる。特に、半導体製造プロセスでは、危険なガスを扱うため、半導体製造用の流体制御弁の閉弁に必要なシール力の確保や弁の性能、耐久性等は大きな課題である。
However, the air operated
(1) If two
(2) Further, if the valve is downsized, the installation area is limited, and the flexibility of the spring wire diameter and spring diameter is lost. The reason is that if the installation area is limited, the wire diameter of the spring must be reduced, and a spring having a small diameter must be used. For this reason, the stress applied to one spring increases, which causes a problem in the durability of the spring. In particular, in the semiconductor manufacturing process, since dangerous gases are handled, securing of the sealing force necessary for closing a fluid control valve for semiconductor manufacturing, valve performance, durability, and the like are major issues.
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、バルブを小型化し、全体の設置面積の減少を実現しつつ、圧縮バネの設計の自由度を向上させ、閉弁に必要なシール力を確保することのできる流体制御弁を提供することを目的とする。 The present invention is for solving the above-mentioned problems, and it is possible to improve the degree of freedom in designing a compression spring while reducing the size of the valve and reducing the overall installation area, and to provide a sealing force necessary for closing the valve. It is an object of the present invention to provide a fluid control valve capable of ensuring the above.
上記課題を解決するために、本発明の流体制御弁は、次のような構成を有している。
(1)操作流体の圧力によってピストンを摺動させ、弁体を弁座に当接または離間させる流体制御弁において、第1ピストン及び第2ピストンを同軸上に有すること、前記第1ピストンには、前記弁体が前記弁座に当接する方向に付勢する1つの第1圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、前記第2ピストンには、前記弁体が前記弁座に当接する方向に付勢する1つの第2圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、前記第1圧縮バネによる付勢力と、前記第2圧縮バネによる付勢力の総和が、前記弁体を前記弁座に当接させる力となること、を特徴とする。
In order to solve the above problems, the fluid control valve of the present invention has the following configuration.
(1) In a fluid control valve in which a piston is slid by the pressure of an operating fluid and a valve body is brought into contact with or separated from a valve seat, the first piston and the second piston are coaxially provided. The first compression spring that urges the valve body in a direction to contact the valve seat is coaxially attached, and the second piston has a direction in which the valve body contacts the valve seat. A second compression spring that is urged to be coaxially mounted , the sum of the urging force of the first compression spring and the urging force of the second compression spring is determined by the valve body as the valve seat. It is characterized in that it is a force to contact .
(2)(1)に記載の流体制御弁において、前記第1ピストン及び前記第2ピストンは、同一形状のものであること、前記第1圧縮バネ及び前記第2圧縮バネは、同一形状のものであること、が好ましい。 (2) In the fluid control valve according to (1), the first piston and the second piston have the same shape, and the first compression spring and the second compression spring have the same shape. Is preferable.
(3)(1)または(2)に記載の流体制御弁において、前記弁座が形成されるボディの上部には、前記弁体に連結する円筒状のステムを摺動可能に保持するホルダが固定され、前記弁体と前記ホルダの間には、ベローズが配置されていること、が好ましい。 (3) In the fluid control valve according to (1) or (2) , a holder for slidably holding a cylindrical stem connected to the valve body is provided on an upper portion of the body where the valve seat is formed. It is preferable that a bellows is disposed between the valve body and the holder.
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の流体制御弁において、前記弁座が形成されるボディの上部には、前記弁体に連結する円筒状のステムを摺動可能に保持し、溶接により固定されたホルダが形成されていることが好ましい。 (4) In the fluid control valve according to any one of (1) to (3) , a cylindrical stem connected to the valve body is slidable on an upper portion of the body on which the valve seat is formed. It is preferable to form a holder that is held in place and fixed by welding .
(5)(4)に記載の流体制御弁において、前記ピストンを備えるアクチュエータ部は、前記ホルダから着脱可能であること、が好ましい。 (5) In the fluid control valve according to (4) , it is preferable that the actuator unit including the piston is detachable from the holder.
(6)(1)乃至(5)のいずれか1つに記載の流体制御弁において、チューブ形状の外装部材を有すること、が好ましい。 (6) In the fluid control valve according to any one of (1) to (5) , it is preferable to have a tube-shaped exterior member.
(7)(6)に記載の流体制御弁において、前記外装部材の先端に取り付けられたキャップの上面にワンタッチ継手を有すること、が好ましい。 (7) In the fluid control valve according to (6) , it is preferable that a one-touch joint is provided on an upper surface of a cap attached to a tip of the exterior member.
本発明の流体制御弁は、次のような作用・効果を有する。
上記(1)の態様によれば、第1ピストンに第1圧縮バネが、第2ピストンに第2圧縮バネが、それぞれ同軸上に直列に取り付けられているため、1つの流体制御弁の幅を細くし、小型化することができる。よって、全体の設置面積を減少させることができる。
The fluid control valve of the present invention has the following operations and effects.
According to the aspect of (1), since the first compression spring is attached to the first piston and the second compression spring is attached to the second piston in series on the same axis, the width of one fluid control valve is reduced. It can be made thinner and smaller. Therefore, the entire installation area can be reduced.
ここで、近年、半導体製造装置では、多種のガスの切り換えを行うため、設置すべきバルブの数が増加し、全体の設置面積を減少させることが課題となっている。本発明の流体制御弁によれば、2つのピストン(第1ピストン、第2ピストン)だけでなく、閉弁のためのシール力を高めるため、例えば、6つのピストンを積んだとしても、アクチュエータ部の高さが増すだけである。すなわち、シール力を高めつつ、流体制御弁自体の幅は細いままで、設置面積は変化しない。よって、ピストンの数に関わらず、流体制御弁の小型化を実現することができ、全体の設置面積の減少を実現することができる。また、ピストンの数に関わらず、弁体の材質や形状、必要なCv値などに応じて任意の数のピストンを組み合わせるだけで、閉弁のために必要なシール力を容易に設定することが可能となる。さらに、いずれか1つの圧縮バネが劣化したとしても、他の圧縮バネの付勢力により、弁体がバランスを崩して傾きが生じることなく、弁座に対し均一のシール力を確保することができる。
また、第1圧縮バネ、第2圧縮バネのそれぞれの付勢力の総和が、流体制御弁を閉弁するためのシール力となるため、圧縮バネのバネ応力を各々下げることができる。そのため、バネの耐久性が向上する。また、バネの設計の自由度が高まり、設計・製造が容易になる。さらに、公差がばらついたとしても、閉弁に必要なシール力を確保することができる。
Here, in recent years, in the semiconductor manufacturing apparatus, since various gases are switched, the number of valves to be installed is increased, and it is a problem to reduce the entire installation area. According to the fluid control valve of the present invention, in order to increase not only two pistons (first piston and second piston) but also a sealing force for valve closing, for example, even if six pistons are stacked, the actuator unit It only increases the height. That is, while increasing the sealing force, the width of the fluid control valve itself remains narrow, and the installation area does not change. Therefore, the size of the fluid control valve can be reduced regardless of the number of pistons, and the entire installation area can be reduced. Regardless of the number of pistons, the sealing force required for closing the valve can be easily set by simply combining any number of pistons according to the material and shape of the valve body and the required Cv value. It becomes possible. Furthermore, even if any one of the compression springs deteriorates, the urging force of the other compression springs can ensure a uniform sealing force for the valve seat without causing the valve body to lose its balance and tilt. .
In addition, since the sum of the urging forces of the first compression spring and the second compression spring becomes a sealing force for closing the fluid control valve, the spring stress of the compression spring can be lowered. Therefore, the durability of the spring is improved. In addition, the degree of freedom in designing the spring is increased, and the design and manufacture becomes easy. Furthermore, even if the tolerance varies, it is possible to ensure a sealing force necessary for closing the valve.
上記(2)の態様によれば、複数のピストンと圧縮バネを組み合わせるとき、それぞれ同一形状のものであるため、部品を共通化することができる。よって、別途、他の形状のピストン、圧縮バネを用意する必要が無い。また、型成形で部品を製造する場合には、製造するためのコストを削減することができる。さらに、部品を共通化することにより、組立の際、作業の効率性を向上させることができる。 According to the above aspect (2), when a plurality of pistons and compression springs are combined, they have the same shape, so that the parts can be shared. Therefore, it is not necessary to prepare a piston and a compression spring of another shape separately. In addition, when a part is manufactured by molding, the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, by sharing the parts, work efficiency can be improved during assembly.
上記(3)の態様によれば、弁体とホルダの間にはベローズが設けられているため、ダイアフラム弁体と比較すると、より小径内で長ストロークを得ることができる。 According to the above aspect (3) , since the bellows is provided between the valve body and the holder, a long stroke can be obtained within a smaller diameter as compared with the diaphragm valve body.
上記(4)の態様によれば、ボディとホルダは溶接により固定され、密封されているため、組立やメンテナンスの際、アクチュエータ部の取り外しを容易に行うことができ、作業の効率性を向上させることができる。また、ボディとホルダは密封されているため、制御流体が漏れることがなく、安全性を高めることができる。 According to the above aspect (4) , since the body and the holder are fixed and sealed by welding, the actuator portion can be easily removed during assembly and maintenance, and work efficiency is improved. be able to. Moreover, since the body and the holder are sealed, the control fluid does not leak, and safety can be improved.
上記(5)の態様によれば、アクチュエータ部をホルダから着脱することができるので、組立やメンテナンスの際、簡単にアクチュエータ部を交換することができ、作業の効率性を向上させることができる。 According to the above aspect (5) , since the actuator part can be detached from the holder, the actuator part can be easily replaced during assembly and maintenance, and work efficiency can be improved.
上記(6)の態様によれば、外装部材がチューブ形状であるため、流体制御弁の組立を容易に行うことができる。 According to the above aspect (6) , since the exterior member has a tube shape, the fluid control valve can be easily assembled.
上記(7)の態様によれば、外装部材の先端に取り付けられたキャップの上面にワンタッチ継手を配置し、上面にエアチューブを接続することができるため、設置面積の増加を防ぐことができる。 According to the above aspect (7) , since the one-touch joint can be disposed on the upper surface of the cap attached to the tip of the exterior member and the air tube can be connected to the upper surface, an increase in the installation area can be prevented.
<第1実施形態>
本発明の流体制御弁の第1実施形態について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る流体制御弁1の断面図である。図2は、図1のP部拡大断面図である。図3は、弁部Yの断面図である。図4は、ピストン11の断面図であり、図5はピストン11の斜面図である。また、図6は、流体制御弁1の組立の際の分解図である。
<First Embodiment>
A fluid control valve according to a first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
(流体制御弁の構成)
流体制御弁1は、図1に示すように、流体を制御する弁部Yと、弁部Yに駆動力を与えるアクチュエータ部Xを備える。流体制御弁1は、アクチュエータ部Xを、アダプタ15を介してボディ14に連結する。流体制御弁1は、鉛筆と同程度の直径を有し、円柱状の外観を構成する。
(Configuration of fluid control valve)
As shown in FIG. 1, the
弁部Yは、図3に示すように、ボディ14とホルダ16を備える。ボディ14の下面には、制御流体が流入する入口流路14bと、制御流体が流出する出口流路14cが形成されている。ボディ14の上面には、取付孔14dが円柱状に形成されている。ボディ14の中央部には、弁座14aが形成され、弁座14a内の弁孔を介して入口流路14bと出口流路14cが連通している。
As shown in FIG. 3, the valve portion Y includes a
ボディ14の上部には、ホルダ16が溶接部29において、溶接により固定されている。これにより、ボディ14とホルダ16は一体化し、密封されている。ホルダ16の上部には、図1に示すように、アダプタ15が取り付けられている。ホルダ16の上方外周面には雄ネジ部16aが設けられ、アダプタ15の内周面には、雌ネジ部15aが設けられている。ホルダ16の内周面には、円筒状のステム24が摺動可能に保持されている。ホルダ16の上面には、開口部が形成され、圧縮バネ19が収納されている。また、ホルダ16の下面には、ベローズ17の上端面が取り付けられている。ベローズ17の下端面は、ステム24の下面に形成されている弁体保持部24aに取り付けられている。弁体保持部24aには、弾性体からなる弁体18が取り付けられている。すなわち、弁体18とホルダ16の間にベローズ17が配置している。
The
弁体18は、弁座14aに対して当接または離間する。弁体18が弁座14aに当接すると、入口流路14bと出口流路14cは遮断され、弁体18が弁座14aに離間すると、入口流路14bと出口流路14cは連通する。ステム24には、バネ取付板28が付設されており、圧縮バネ19の上端面は、バネ取付板28の下面側に当接している。圧縮バネ19の下端面は、ホルダ16の開口部上面に当接している。圧縮バネ19は、弁体18を弁座14aから離間させる方向に付勢している。図2に示すように、ステム24の上方外周部と、内装部品23Aの内周面の間には、エアの漏れを防ぐためのOリング27が取り付けられている。
The
アクチュエータ部Xは、図2に示すように、第1ピストン11Aと、第2ピストン11Bを同軸上に直列に備える。同軸上とは、軸心が同じであることをいう。また、第1ピストン11Aには、弁体18が弁座14aに当接する方向に付勢する1つの第1圧縮バネ12Aが同軸上に取り付けられ、第2ピストン11Bには、弁体18が弁座14aに当接する方向に付勢する1つの第2圧縮バネ12Bが同軸上に取り付けられている。それぞれ同軸上に直列に取り付けられているため、バルブの幅を細くし、小型化することができる。また、第1ピストン11Aと第2ピストン11B、第1圧縮バネ12Aと第2圧縮バネ12B、及び内装部品23Aと内装部品23Bは各々同一形状のものである。そのため、部品を共通化することができ、製造コストを削減することができる。また、組立の際には、作業の効率性が向上する。
さらに、アクチュエータ部Xは、内装部品23Aと内装部品23B、外装部材22、キャップ20とを備える。
なお、同一形状である各々の部品のうち、1つの部品を説明することにより、他の部品の説明を割愛する。また、説明文が煩雑となるため、同一形状である部品の「A」「B」を適宜省略する。
As shown in FIG. 2, the actuator section X includes a
Further, the actuator part X includes an interior part 23 </ b> A, an interior part 23 </ b> B, an
In addition, description of another component is omitted by demonstrating one component among each components of the same shape. Further, since the explanatory text becomes complicated, “A” and “B” of the parts having the same shape are appropriately omitted.
図2に示すように、アクチュエータ部Xは、チューブ形状の外装部材22に、2つの内装部品23A、23Bを装填している。内装部品23は、側面が円筒形状に形成されている。内装部品23の上方内部には、シリンダ23aが形成されている。内装部品23の外径寸法は、外装部材22の内径寸法とほぼ同径にされている。内装部品23の下方内部には、外装部材22の内径寸法よりも小さな開口部が形成されている。外装部材22の先端には、キャップ20が取り付けられ、他端にはアダプタ15が取り付けられている。これにより、アダプタ15とキャップ20との間で、内装部品23A、23Bが挟み込まれて保持されている。内装部品23A、23Bは、外装部材22の内部において重ね合わされた状態で固定され、第1ピストン11A、第2ピストン11Bをそれぞれ収納する第1ピストン室13Aと第2ピストン室13Bを形成する。
As shown in FIG. 2, the actuator portion X is loaded with two interior parts 23 </ b> A and 23 </ b> B in a tube-shaped
ピストン11は、ピストン室13に摺動可能に装填され、ピストン室13を、加圧室13aと背圧室13bとに区画している。背圧室13bには、圧縮バネ12が、ピストン11を弁座14aに近付く方向に付勢した状態で、ピストン11と同軸上に配置されている。
ピストン11は、図4及び図5に示すように、ピストン部11aにピストンロッド11bを一体的に成形されたものである。ピストン部11aは、円柱状であり、外径寸法が内装部品23の内径寸法よりやや小さな径にされている。ピストン部11aには、ゴムなどの弾性体からなるOリング25を装着するための装着溝11cが外周面に沿って環状に設けられている。ピストン11の下面には、凹部11eが形成されている。また、ピストン11の内部には、内部流路11dが形成されている。内部流路11dの下方には、加圧室13aと連通するための流路11fが形成されている。流路11fは、内部流路11dと連通している。すなわち、キャップ20の内周面に形成された給排気ポート20aは、ピストン11の内部流路11d、流路11fを介してピストン11の加圧室13aと連通する。
The
As shown in FIGS. 4 and 5, the
流体制御弁1では、2つあるピストン11のうち、下端にある第1ピストン11Aの凹部11eには、ステム24が配置されている。一方、上端にある第2ピストン11Bの凹部11eには、第1ピストン11Aのピストンロッド11bの上端が配置されている。また、2つあるピストン11のうち、下端にある第1ピストン11Aのピストンロッド11bの外周面と内装部品23Bの下方内周部には、エアの漏れを防ぐためのOリング26Aが配置されている。一方、上端にある第2ピストン11Bのピストンロッド11bの外周面とキャップ20の下方内周部との間には、Oリング26Bが配置されている。
In the
第1ピストン11A、第2ピストン11Bのピストン部11aの上面には、それぞれ弁体18が弁座14aに当接する方向に付勢する圧縮バネ12A、12Bの下端面が当接している。内装部品23Bの下面には、第1圧縮バネ12Aの上端面が当接し、キャップ20の下面には、第2圧縮バネ12Bの上端面が当接している。
The lower end surfaces of the compression springs 12A and 12B urged in the direction in which the
ここで、第1圧縮バネ12Aによる付勢力(F1)と、第2圧縮バネ12Bによる付勢力(F2)の総和(F1+F2)が、弁体18を弁座14aに当接させる力(F=F1+F2)、すなわち流体制御弁1を閉弁するためのシール力となる。なお、圧縮バネ19の抗力は、弁体18を弁座14aに当接させる力(F)と比較して小さな力であるため、説明では圧縮バネ19の抗力を省略している。なお、後述する第2実施形態に係る流体制御弁2、第3実施形態に係る流体制御弁3において、同様に、圧縮バネ19の抗力の説明を省略している。
また、第1圧縮バネ12Aと第2圧縮バネ12Bは、同一形状であるため、同程度の付勢力を有する(F1=F2)。すなわち、1つのバネに必要な付勢力は、2つのピストンを重ねる場合、F/2=F1=F2となる。よって、各々のバネの付勢力を下げることができる。すなわち、1つのバネに加わる応力を下げることができ、バネの耐久性が向上する。また、バネの設計の自由度が高まる。
Here, the sum (F1 + F2) of the urging force (F1) by the
Further, since the
また、後述する第2実施形態に係る流体制御弁2では、6つの第1圧縮バネ12A〜第6圧縮バネ12Fを有するが、各々の圧縮バネ12の付勢力の総和(F1+F2+F3+F4+F5+F6)は、弁体18を弁座14aに当接させる力(F=F1+F2+F3+F4+F5+F6)となる。また、バネ1つに必要な付勢力は、F/6=F1=F2=F3=F4=F5=F6となる。なお、後述する第3実施形態に係る流体制御弁3は、第2実施形態に係る流体制御弁2とピストンの数が同じであるため、説明を割愛する。
Further, the
流体制御弁1は、キャップ20の内周面に形成された給排気ポート20aを介してエアを給排気させる。キャップ20の外周面は、外装部材22により覆われ、キャップ20の上面には、ワンタッチ継手21が装着されている。ワンタッチ継手21には、図示しないが、エアチューブが接続されている。このように、エアチューブは上面で接続できるため、設置面積の増加を防ぐことができる。
The
(流体制御弁の組立)
次に、第1実施形態に係る流体制御弁1の組立を、図6を用いて説明する。アクチュエータ部Xと弁部Yは、各々別個に組み立てられる。そのため、アクチュエータ部Xは、弁部Yを構成するホルダ16から着脱可能である。
まず、アクチュエータ部Xの組立について説明する。第1ピストン11Aと第2ピストン11Bの装着溝11cにシール部材25Aを装着する。外装部材22の一端開口部にアダプタ15を圧入する。内装部品23A、ピストン11A、圧縮バネ12A、内装部品23B、ピストン11B、圧縮バネ12Bを外装部材22に装填する。このとき、ピストン11のピストンロッド11bが内装部品23の貫通孔とキャップ20の貫通孔を貫き通される。内装部品23の貫通孔から外向きに飛び出すピストンロッド11bを貫き通すようにキャップ20を外装部材22の開口端部に嵌め合わせる。この段階で内装部品23とピストン11と圧縮バネ12とが外装部材22内に仮保持される。外装部材22の両端部を、アダプタ15とキャップ20のかしめ溝に沿ってかしめて固定する。
(Assembly of fluid control valve)
Next, assembly of the
First, assembly of the actuator part X will be described. The
次に、弁部Yの組立について説明する。図6に示すように、ボディ14の取付孔14dにホルダ16を挿入し、ステム24を嵌め込んだホルダ16を取付孔14dの内部に配置する。ボディ14とホルダ16を、溶接部29において溶接することにより固定する。これにより、ボディ14とホルダ16を一体的に形成し、密封する。なお、ボディ14とホルダ16を固定する方法は、金属ガスケット等を挟み、圧入や螺合により塞いでも良い。
Next, assembly of the valve portion Y will be described. As shown in FIG. 6, the
次に、アクチュエータ部Xを、弁部Yに連結する。ボディ14に螺設したアダプタ15の雌ネジ部15aを、ホルダ16の雄ネジ部16aにねじ込む。このとき、ホルダ16から突出するステム24がピストン11の凹部11eに突き当たり、ピストン11に作用する圧縮バネ12の弾性力を、ステム24を介して弁体18に伝達し、弁体18を弁座14aに当接させる。以上で組立が完了する。
Next, the actuator part X is connected to the valve part Y. The
近年、流体制御弁の小型化の要請が高まっている。しかし、小型化に伴い、流体制御弁の構成部品は各々小さくなっているため、十分な強度を保つのが困難となる。そのため、ボディ14とホルダ16を固定するために圧入すると、構成部品を破損させてしまう恐れがある。
鉛筆と同程度の直径(例えば、約10mmの直径)を有する本発明の流体制御弁1では、ボディ14とホルダ16を溶接により固定することで、圧入や螺合による破損の恐れがなく、ボディ14とホルダ16を密封することができる。よって、流体制御弁の小型化を実現しつつ、弁部Yの強度を確保することができる。組立やメンテナンスの際、アクチュエータ部Xを弁部Yから容易に取り外しすることができるため、作業の効率性を向上させることができる。また、ボディ14とホルダ16は密封されているため、制御流体が漏れることがなく、安全性を高めることができる。
In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization of fluid control valves. However, as the size is reduced, the components of the fluid control valve are reduced in size, making it difficult to maintain sufficient strength. For this reason, if press-fitting is performed to fix the
In the
(流体制御弁の動作説明)
次に、第1実施形態に係る流体制御弁1の動作を説明する。
流体制御弁1は、給排気ポート20aにエアが供給されないとき、圧縮バネ12の弾性力によって、圧縮バネ19の抗力に反してピストン11が弁座14a方向へ押下げられ、ステム24を介して弁体18を弁座14aに当接させる。そのため、入口流路14bに供給された制御流体は、弁座14aから出口流路14cへ流れない。
(Description of fluid control valve operation)
Next, the operation of the
In the
給排気ポート20aよりエアが供給されると、エアは、内部流路11dから流路11fを介して加圧室13aに流入する。加圧室13aに流入するエアが、背圧室13bにある圧縮バネ12の弾性力に打ち勝つと、圧縮バネ12は収縮し始める。これにより、ピストン11は上昇する。ピストン11が上昇すると、図1に示すように、ステム24に付設される圧縮バネ19は、弁座14a方向に押圧されなくなり、圧縮バネ19の弾性力によりステム24は上昇する。伸長していたベローズ17は、収縮し、弁体18が弁座14aから離間する。この状態で入口流路14bに制御流体を供給すると、制御流体が入口流路14bから弁座14a内の弁孔を介して出口流路14cへ流れる。
When air is supplied from the air supply /
<第2実施形態>
本発明の流体制御弁の第2実施形態について、図面を参照しながら説明する。図7は、本発明の第2実施形態に係る流体制御弁2の断面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については第1実施形態と同一の符号を図面に付し、説明を割愛する。
Second Embodiment
A fluid control valve according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view of the
第2実施形態に係る流体制御弁2では、図7に示すように、同一形状の内装部品23を6つ重ねて外装部材22内に固定することにより、6つの第1、第2、第3、第4、第5、第6ピストン11A、11B、11C、11D、11E、11F(以下、11A〜11Fと記載。)と、6つの第1、第2、第3、第4、第5、第6圧縮バネ12A、12B、12C、12D、12E、12F(以下、12A〜12Fと記載。)を設置することができる。第1〜第6ピストン11A〜11Fには、それぞれ1つずつ第1〜第6圧縮バネ12A〜12Fが同軸上に取り付けられている。ピストン11を6つ重ねることにより、6つのピストン室13A、13B、13C、13D、13E、13Fを形成し、6段式の流体制御弁を構成する。
In the
ここで、近年、半導体製造装置では、多種のガスの切り換えを行うため、設置すべきバルブの数が増加し、全体の設置面積の減少が課題となっている。バルブを小型化するために、鉛筆と同程度の直径を有する流体制御弁が開発されている。この場合、ピストン11に取り付けられる圧縮バネ12のバネ径は小さくなければならない。そのため、閉弁時の一定のシール力を確保するために、ピストン11を複数積み重ねる必要がある。
本出願人は、数々の実験を行うことにより、閉弁時の一定のシール力を確保するためには、4つ以上のピストン11を積み重ねることが必要であることがわかった。4つ以上のピストン11には、それぞれ1つずつ圧縮バネ12が同軸上に取り付けられている。なお、流体制御弁2のように、6つのピストン11を積み重ね、6つの圧縮バネ12をそれぞれ1つずつ取り付けた場合、確実に一定のシール力を確保し、さらに圧縮バネ12の耐久性を向上させることがわかった。
Here, in recent years, since various types of gas are switched in a semiconductor manufacturing apparatus, the number of valves to be installed has increased, and a reduction in the total installation area has become a problem. In order to reduce the size of the valve, a fluid control valve having a diameter similar to that of a pencil has been developed. In this case, the spring diameter of the compression spring 12 attached to the
The applicant has conducted a number of experiments and found that it is necessary to stack four or
以上、説明したように、本発明の流体制御弁1、2によれば、
(1)操作流体の圧力によってピストン11を摺動させ、弁体18を弁座14aに当接または離間させる流体制御弁1、2において、第1ピストン11A及び第2ピストン11Bを同軸上に有すること、第1ピストン11Aには、弁体18が弁座14aに当接する方向に付勢する1つの第1圧縮バネ12Aが同軸上に取り付けられていること、第2ピストン11Bには、弁体18が弁座14aに当接する方向に付勢する1つの第2圧縮バネ12Bが同軸上に取り付けられていること、を特徴とするので、第1ピストン11Aに第1圧縮バネ12Aが、第2ピストン11Bに第2圧縮バネ12Bが、それぞれ直列に取り付けられているため、流体制御弁1、2の幅を細くし、小型化することができる。よって、全体の設置面積を減少させることができる。
As described above, according to the
(1) In the
2つのピストン11(第1ピストン11A、第2ピストン11B)だけでなく、閉弁のためのシール力を高めるため、例えば、6つのピストン11を積んだとしても、アクチュエータ部Xの高さが増すだけである。すなわち、シール力を高めつつ、流体制御弁自体の幅は細いままで、設置面積は変化しない。よって、ピストン11の数に関わらず、流体制御弁の小型化を実現することができ、全体の設置面積の減少を実現することができる。また、ピストン11の数に関わらず、弁体18の材質や形状、必要なCv値などに応じて任意の数のピストン11を組み合わせるだけで、閉弁のために必要なシール力を容易に設定することが可能となる。さらに、いずれか1つの圧縮バネ12が劣化したとしても、他の圧縮バネ12の付勢力により、弁体18がバランスを崩して傾きが生じることなく、弁座14aに対し均一のシール力を確保することができる。
In order to increase not only the two pistons 11 (the
(2)(1)に記載の流体制御弁1、2において、第1ピストン11A及び第2ピストン11Bは、同一形状のものであること、第1圧縮バネ12A及び第2圧縮バネ12Bは、同一形状のものであること、を特徴とするので、複数のピストン11と圧縮バネ12を組み合わせるとき、それぞれ同一形状のものであるため、部品を共通化することができる。よって、別途、他の形状のピストン、圧縮バネを用意する必要が無く、型成形で部品を製造する場合には、製造するためのコストを削減することができる。さらに、部品を共通化することにより、組立の際、作業の効率性を向上させることができる。
(2) In the
(3)(1)または(2)に記載の流体制御弁1、2において、第1圧縮バネ12Aによる付勢力と、第2圧縮バネ12Bによる付勢力の総和が、弁体18を弁座14aに当接させる力となること、を特徴とするので、第1圧縮バネ12A、第2圧縮バネ12Bのそれぞれの付勢力の総和が、流体制御弁1、2を閉弁するためのシール力となるため、圧縮バネ12のバネ応力を各々下げることができる。そのため、圧縮バネ12の耐久性を向上させることができる。また、圧縮バネ12の設計の自由度が高まり、設計・製造が容易になる。さらに、公差がばらついたとしても、閉弁に必要なシール力を確保することができる。
(3) In the
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の流体制御弁1、2において、弁座14aが形成されるボディ14の上部には、ホルダ16が固定され、弁体18とホルダ16の間にはベローズ17が配置していること、を特徴とするので、ダイアフラム弁体と比較すると、より小径内で長ストロークを得ることができる。
(4) In the
(5)(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の流体制御弁1、2において、弁座14aが形成されるボディ14の上部には、ホルダ16が溶接により固定されていること、を特徴とするので、組立やメンテナンスの際、アクチュエータ部Xの取り外しを容易に行うことができ、作業の効率性を向上させることができる。また、ボディ14とホルダ16は密封されているため、制御流体が漏れることがなく、安全性を高めることができる。
(5) In the
(6)(5)に記載の流体制御弁において、ピストン11を備えるアクチュエータ部Xは、ホルダ16から着脱可能であること、を特徴とするので、組立やメンテナンスの際、すぐにアクチュエータ部Xを交換することができ、作業の効率性を向上させることができる。
(6) The fluid control valve according to (5) is characterized in that the actuator part X including the
(7)(1)乃至(6)のいずれか1つに記載の流体制御弁1、2において、チューブ形状の外装部材22を有すること、を特徴とするので、組立を容易に行うことができる。
(7) Since the
(8)(7)に記載の流体制御弁1、2において、外装部材22の先端に取り付けられたキャップ20の上面にワンタッチ継手21を有すること、を特徴とするので、外装部材の先端に取り付けられたキャップ20の上面にワンタッチ継手21を配置し、上面でエアチューブを接続することができるため、設置面積の増加を防ぐことができる。
(8) Since the
<第3実施形態>
本発明の流体制御弁の第3実施形態について、図面を参照しながら説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係る流体制御弁3の断面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については第1実施形態と同一の符号を図面に付し、説明を割愛する。
第1実施形態では、流体制御弁1の弁部Yに、ベローズ17を用いて説明した。しかし、第3実施形態に係る流体制御弁3では、図8に示すように、弁部Yは、ベローズ17ではなく、ダイアフラム弁体31を用いて流体制御弁1を構成する。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the fluid control valve of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a cross-sectional view of the
In the first embodiment, the
弁部Yのボディ14の下面には、入口流路14bと出口流路14cが設けられている。ボディ14の上面には取付孔14dが円柱状に形成されている。取付孔14dの底壁中央部には、弁座32が環状に設けられ、その弁座32を介して入口流路14bと出口流路14cとが連通している。
An
弁部Yは、ボディ14の取付孔14dにダイアフラム弁体31を装着し、ダイアフラム弁体31の外縁部をホルダ34で押さえ、取付孔14dの内周面とホルダ34の外周面との間に挿入したアダプタ33をボディ14にねじ込むことにより、ダイアフラム弁体31の外縁部をボディ14とホルダ34との間で挟持している。ダイアフラム弁体31は、樹脂や金属などを薄い膜状に形成し、変形可能にしたものである。そして、ホルダ34とアダプタ33は、耐熱性や剛性を有する金属を材質としている。ホルダ34には、ダイアフラム弁体31に接触するように金属製のステム30が装填され、ステム30を介してダイアフラム弁体31にアクチュエータ部Xの駆動力を伝達するようになっている。
The valve portion Y has a
以上、説明したように、本発明の流体制御弁3によれば、
(1)操作流体の圧力によってピストン11を摺動させ、ダイアフラム弁体31を弁座32に当接または離間させる流体制御弁3において、第1ピストン11A及び第2ピストン11Bを同軸上に有すること、第1ピストン11Aには、ダイアフラム弁体31が弁座32に当接する方向に付勢する1つの第1圧縮バネ12Aが同軸上に取り付けられていること、第2ピストン11Bには、ダイアフラム弁体31が弁座32に当接する方向に付勢する1つの第2圧縮バネ12Bが同軸上に取り付けられていること、を特徴とするので、第1ピストン11Aに第1圧縮バネ12Aが、第2ピストン11Bに第2圧縮バネ12Bが、それぞれ直列に取り付けられているため、流体制御弁3の幅を細くし、小型化することができる。よって、全体の設置面積を減少させることができる。
As described above, according to the
(1) In the
<参考例>
同一形状のピストン11は、NO型の流体制御弁にも応用可能である。図9に、参考例に係る流体制御弁4の断面図を示す。NC型の流体制御弁1、2、3と比較して、圧縮バネ12は、弁体18が弁座14aに当接する方向に付勢していない点、及び圧縮バネ12は、複数のピストン11のうち、ピストンごとに取り付けられていない点で異なる。なお、第1実施形態と共通する構成については第1実施形態と同一の符号を図面に付し、説明を割愛する。
流体制御弁4では、NC型の流体制御弁1、2、3と比較して、ピストン11のピストン部11aを上部、ピストンロッド11bを下部にするように取り付けられている。圧縮バネ12Aは、一番下に配置された第1ピストン11Aにのみ取り付けられている。圧縮バネ12Aの一端は、第1ピストン11Aに当接し、その他端は、アダプタ15に付けられた部品35に当接している。圧縮バネ12Aは、弁体18が弁座14aに離間する方向に付勢している。これにより、同一形状のピストン11は、NC型だけでなく、NO型にも対応することができる。
なお、NO型の流体制御弁において、参考例に係る流体制御弁4では1つの圧縮バネ12Aしか用いていないが、複数のピストンを用いる場合、1つのピストン11に1つの圧縮バネ12を取り付けても良い。例えば、参考例に係る流体制御弁4では、ピストン11A〜11Fにそれぞれ1つずつ圧縮バネ12を取り付けても良い。
<Reference example>
The
The
In the NO type fluid control valve, only one
なお、本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、第1実施形態では2つのピストン11を、第2実施形態では6つのピストン11を重ねたが、ピストン11はいくつ重ねても良い。
例えば、第1実施形態では操作流体としてエアを用いているが、操作流体は不活性ガスでも良い。
In addition, this embodiment is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Accordingly, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, two
For example, although air is used as the operating fluid in the first embodiment, the operating fluid may be an inert gas.
1、2、3 流体制御弁
11 ピストン
11A 第1ピストン
11B 第2ピストン
12 圧縮バネ
12A 第1圧縮バネ
12B 第2圧縮バネ
13 ピストン室
14 ボディ
14a 弁座
15 アダプタ
16 ホルダ
17 ベローズ
18 弁体
20 キャップ
21 ワンタッチ継手
22 外装部材
23 内装部品
31 ダイアフラム弁体
32 弁座
X アクチュエータ部
Y 弁部
1, 2, 3
Claims (7)
第1ピストン及び第2ピストンを同軸上に有すること、
前記第1ピストンには、前記弁体が前記弁座に当接する方向に付勢する1つの第1圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、
前記第2ピストンには、前記弁体が前記弁座に当接する方向に付勢する1つの第2圧縮バネが同軸上に取り付けられていること、
前記第1圧縮バネによる付勢力と、前記第2圧縮バネによる付勢力の総和が、前記弁体を前記弁座に当接させる力となること、
を特徴とする流体制御弁。 In the fluid control valve that slides the piston by the pressure of the operating fluid and makes the valve body contact or separate from the valve seat,
Having the first piston and the second piston coaxially;
The first piston is coaxially attached with one first compression spring that urges the valve body in a direction to contact the valve seat.
The second piston is coaxially attached with one second compression spring that urges the valve body in a direction to contact the valve seat.
The sum of the urging force by the first compression spring and the urging force by the second compression spring becomes a force for bringing the valve element into contact with the valve seat;
A fluid control valve characterized by.
前記第1ピストン及び前記第2ピストンは、同一形状のものであること、
前記第1圧縮バネ及び前記第2圧縮バネは、同一形状のものであること、
を特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 1,
The first piston and the second piston have the same shape;
The first compression spring and the second compression spring have the same shape;
A fluid control valve characterized by.
前記弁座が形成されるボディの上部には、前記弁体に連結する円筒状のステムを摺動可能に保持するホルダが固定され、
前記弁体と前記ホルダの間には、ベローズが配置されていること、
を特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 1 or 2 ,
A holder for slidably holding a cylindrical stem connected to the valve body is fixed to an upper portion of the body where the valve seat is formed,
A bellows is arranged between the valve body and the holder,
A fluid control valve characterized by.
前記弁座が形成されるボディの上部には、前記弁体に連結する円筒状のステムを摺動可能に保持し、溶接により固定されたホルダが形成されていること、
を特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 3 ,
A cylindrical holder connected to the valve body is slidably held on the upper part of the body where the valve seat is formed, and a holder fixed by welding is formed ,
A fluid control valve characterized by.
前記ピストンを備えるアクチュエータ部は、前記ホルダから着脱可能であること、
を特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 4 .
An actuator unit including the piston is detachable from the holder;
A fluid control valve characterized by.
チューブ形状の外装部材を有すること、
を特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 5 ,
Having a tube-shaped exterior member,
A fluid control valve characterized by.
前記外装部材の先端に取り付けられたキャップの上面にワンタッチ継手を有すること、
を特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 6 .
Having a one-touch joint on the upper surface of the cap attached to the tip of the exterior member;
A fluid control valve characterized by.
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