JP6106498B2 - 流量調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量調整装置に関する。

従来、弁孔が設けられたボディと、弁孔に挿入されるニードル部を有する弁体部を備えた流量調整装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示された流量調整装置は、弁孔に挿入されるニードル部の位置を調整し、弁孔の内周面とニードル部の外周面との間に形成される隙間を調整することで、流体の流量を調整する装置である。特許文献１に開示された流量調整装置は、弁孔の周囲に設けられたニードル収容部の底面と、ニードル部の基端部に設けられた平面形状の部位とを接触させることにより、流体の流通を遮断する。

特開２００６−１５３２６２号公報

特許文献１に開示された流量調整装置は、弁孔の近傍において、ニードル部の基端部に設けられた平面形状の部位がニードル収容部の底面（弁座部）と接触する。そのため、流体の流通の遮断（ニードル部と弁座部の接触）を繰り返すことにより、弁孔の近傍のニードル収容部の底面に接続された弁孔の径が、縮小あるいは拡大する方向に徐々に変形してしまう可能性がある。
従って、特許文献１に開示された流量調整装置では、弁孔の径が変形してしまい、流量調整が適切に行われない可能性がある。

また、特許文献１に開示された流量調整装置において、ニードル収容部は平面視円形の凹部となっているため、ニードル収容部の底面の外縁部分において、流体が滞留してしまったり、流体に含まれるパーティクル等が集積してしまったりする不具合が生じる可能性がある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、弁孔の変形を抑制するとともに、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積を抑制することができる流量調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る流量調整装置は、先端にニードル部が設けられた弁体部と、前記弁体部が収容され、平面視が円形状の弁室と、外部から流入した流体が流通する流入流路と、前記ニードル部が挿入可能となっており、前記流入流路と前記弁室とを連通させる弁孔と、全開時における前記弁孔に対する前記ニードル部の挿入量を調整して全開時に該弁孔の内周面と前記ニードル部の外周面との間の隙間から前記弁室に流入する流体の流量を調整する流量調整部と、前記弁室の中心軸方向に沿って前記弁孔から遠ざかるに従って、前記中心軸からの距離が一定の勾配で漸次長くなるテーパ形状の弁座部とを備え、前記弁孔から前記弁室への流体の流入が遮断される遮断状態において、前記弁体部と前記弁座部とが接触する接触位置が、前記弁孔と前記弁座部との境界となる弁孔縁部から離間していることを特徴とする。

本発明に係る流量調整装置では、弁孔から弁室への流体の流入が遮断される遮断状態において、弁体部と弁座部とが接触する接触位置が弁孔と弁座部との境界となる弁孔縁部から離間している。従って、接触位置において弁座部に生じる応力が弁孔縁部に直接的かつ最短距離で伝達することが防止され、弁孔が変形してしまう不具合が抑制される。

また、弁座部は、弁室の中心軸方向に沿って弁孔から遠ざかるに従って、中心軸からの距離が一定の勾配で漸次拡大するテーパ形状となっている。そのため、接触位置において弁座部に生じる応力の伝達方向が弁孔から遠ざかる方向となり、弁孔が変形してしまう不具合が抑制される。さらに、弁孔から流入した流体は、テーパ形状の弁座部に沿って円滑に流通するので、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積が抑制される。

本発明の第１の態様の流量調整装置において、前記弁体部は、前記弁座部とともに前記弁室を画定するダイヤフラム部を備え、前記弁座部の一端が前記弁孔縁部に接続されており、前記弁座部の他端が前記ダイヤフラム部に接続されていることを特徴とする。
このようにすることで、弁座部の一端に接続された弁孔縁部から弁室に流入した流体が、弁座部の他端であるダイヤフラム部に至るまで、中心軸からの距離が一定の勾配で漸次拡大するテーパ形状の弁座部により円滑に導かれる。従って、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積を、より確実に抑制することができる。

本発明の第２の態様の流量調整装置において、前記弁体部は、前記弁座部とともに前記弁室を画定するダイヤフラム部を備え、前記弁座部と前記ダイヤフラム部とを接続する接続部を備え、前記接続部は、前記中心軸に平行な方向の断面視が円弧形状となっていることを特徴とする。
このようにすることで、中心軸に平行な方向の断面視が円弧形状の接続部に沿って流体が導かれるので、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積を、より確実に抑制することができる。

本発明によれば、弁孔の変形を抑制するとともに、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積を抑制することが可能な流量調整装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の流量調整装置の正面図である。 本発明の第１実施形態の流量調整装置の背面図である。 図１に示される流量調整装置の全閉状態におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図１に示される流量調整装置の全開状態におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図３に示される流量調整装置の要部拡大図である。 図４に示される流量調整装置の要部拡大図である。 第２実施形態の流量調整装置の全閉状態における縦断面図である。 第２実施形態の流量調整装置の全開状態における縦断面図である。 図７に示される流量調整装置の要部拡大図である。 図８に示される流量調整装置の要部拡大図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態の流量調整装置１００を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態の流量調整装置１００の正面図である。図２は、本発明の第１実施形態の流量調整装置１００の背面図である。図３は、図１に示される流量調整装置１００の全閉状態におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図４は、図１に示される流量調整装置１００の全開状態におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

図１に示される流量調整装置１００は、半導体製造装置等に用いられる流体（薬液、純水等）の配管流路に設置される機器である。流量調整装置１００は、ボディ１（本体部）と、ベース部２と、つまみ部３と、ロックナット４とを備える。ボディ１には、操作ポート３６を備えたフロントボディ２３が連結されている。流入流路３１は、流量調整装置１００の外部の上流側配管（不図示）から流入する流体を流量調整装置１００の内部へ導く流路である。

図２に示されるように、流量調整装置１００の背面には、流量調整装置１００の内部の流体を下流側配管（不図示）に導くための流出流路３５が設けられている。
図１および図２に示されるように、流量調整装置１００は、設置面Ｓ上に設置されている。設置面Ｓに対してベース部２が固定されており、ベース部２に対してボディ１が着脱可能となっている。

次に、図３および図４を用いて流量調整装置１００の内部構造について説明する。
図３には、図１に示される流量調整装置１００を全閉状態とした場合のＡ−Ａ矢視部分断面図が示されている。図４には、図１に示される流量調整装置１００を全開状態とした場合のＡ−Ａ矢視部分断面図が示されている。第１実施形態の流量調整装置１００は、操作ポート３６を介して圧力室３７に圧縮空気が供給されない場合に閉状態となるノーマルクローズ型の空気圧操作弁である。

図３および図４に示されるボディ１は、ダイヤフラムニードル５（弁体部）を上下方向に移動させて弁座部３３に当接または離間させる流量調整機構（流量調整部）を収納する樹脂製の部材である。ここで、流量調整機構とは、後述するピストン部７、移動体８、カバー部９、スクリューロッド１０、及びスプリング１１を含む機構をいう。流量調整機構は、弁孔３２（図５および図６参照）に対するニードル部５ａ（図５および図６参照）の挿入量を調整して弁孔３２から弁室３０（図５および図６参照）に流入する流体の流量を調整するものである。

ダイヤフラムニードル５にはダイヤフラム部５ｃ（図５および図６参照）が設けられており、ダイヤフラム５ｃによって流体の流路と他の部分とが隔離されている。図３に示されるように、流量調整機構がダイヤフラムニードル５を弁座部３３に接触させた状態では、流入流路３１から流れ込んだ流体が流出流路３５に流通しない閉状態となる。一方、図４に示されるように、流量調整機構がダイヤフラムニードル５を弁座部３３から離間させた状態では、流入流路３１から流れ込んだ流体が流出流路３５に流通する開状態となる。この開状態において、流出流路３５に流れ込む流体は下流側配管（不図示）に流出する。

ダイヤフラムニードル５は締結ねじ２２によってピストン部７に締結されており、ダイヤフラムニードル５の中心軸Ｃ方向にピストン部７と一体となって上下動する。ボディ１（本体部）は、内部に流入流路３１および流出流路３５が形成された樹脂製（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製）の部材であり、ピストン部７を収納するための円筒部分を備えている。ボディ１の円筒部分の内面にはダイヤフラム支持部６が固定されている。ダイヤフラム支持部６は、ピストン部７を中心軸Ｃ方向に移動可能とする部材である。ダイヤフラム支持部６の内周面の径は、ピストン部７の外周面の径と略同径となっている。

ダイヤフラム支持部６の外周面の径は、ボディ１の内周面の径と略同径となっている。ボディ１にダイヤフラムニードル５を挿入した後、ダイヤフラム支持部６をボディ１に圧入することにより、ダイヤフラムニードル５がボディ１に対して固定される。ダイヤフラムニードル５がボディ１に対して固定された後、回り止めピン１２を挿入することにより、ボディ１に対する中心軸Ｃ周りのダイヤフラム支持部６の回転が防止される。

ダイヤフラム支持部６の外周面には、Ｏリング１６が設けられている。ピストン部７の外周面には、Ｏリング１７とパッキング１８とが設けられている。Ｏリング１６，１７およびパッキング１８は、通常のシール機能に加え、腐食性ガスが流量調整機構に侵入するのを防止する機能も備えている。腐食性ガスは、圧力室３７へ供給された圧縮空気を封止し、フッ酸や硝酸などの薬液の一部がダイヤフラムニードル５のダイヤフラム部５ｃを透過することによって生じる。

ピストン部７には、スプリング１１により、中心軸Ｃに沿ってピストン部７を設置面Ｓ側に押し付ける方向の付勢力が与えられている。操作ポート３６には、外部の空気供給源（不図示）から圧縮空気が供給される。操作ポート３６から流入した圧縮空気は、ピストン部７とダイヤフラム支持部６とボディ１とにより画定される圧力室３７に供給される。

圧力室３７に供給される空気が生成する空気圧は、空気供給源（不図示）により調整される。スプリング１１の付勢力がピストン部７に与える下向きの力よりも、圧力室３７の空気圧がピストン部７に与える上向きの力が小さい場合には、図３に示されるように、ダイヤフラムニードル５が弁座部３３に接触した閉状態となる。

圧力室３７の空気圧はピストン部７に作用し、ピストン部７を中心軸Ｃに沿って設置面Ｓから遠ざける方向の付勢力をピストン部７に与える。圧力室３７の空気圧が高まり、ピストン部７を中心軸Ｃに沿って設置面Ｓから遠ざける方向の付勢力が、スプリング１１により与えられる付勢力を上回ると、ピストン部７が中心軸Ｃに沿って設置面Ｓから遠ざかる方向に移動する。この移動により、ダイヤフラムニードル５が弁座部３３から離間した状態となり、流入流路３１から流れ込んだ流体が流出流路３５に流通する開状態となる。

次に、流量調整装置１００が図４に示される全開状態となる場合のダイヤフラムニードル５の開度の調整について説明する。流量調整装置１００が図４に示される全開状態となる場合、ピストン部７の中央部に設けられた凹部の上面（締結ねじ２２の上面）と移動体８の下面が接触する。従って、移動体８の下面の位置によって、流量調整装置１００が図４に示される全開状態となる場合のダイヤフラムニードル５の開度が決定する。本実施形態では、移動体８の下面の位置を調整することにより、全開状態となる場合のダイヤフラムニードル５の開度が調整される。

移動体８は、ダイヤフラムニードル５と同軸上に配置される円筒状部材であり、内周面に雌ねじ部が設けられている。移動体８の外周面の２箇所には、中心軸Ｃと平行な方向に延在し、中心軸Ｃに直交する方向の断面視が半円形状の凹溝部が形成されている。２箇所の凹溝部には、それぞれ平行ピン２１ａ，２１ｂ（平行ピン２１）が接触した状態で配置されている。

ピストン部７の中央部に設けられた凹部の内周面の２箇所には、中心軸Ｃと平行な方向に延在し、中心軸Ｃに直交する方向の断面視が半円形状の凹溝部が形成されている。２箇所の凹溝部には、それぞれ平行ピン２１ａ，２１ｂが接触した状態で配置されている。平行ピン２１ａ，２１ｂによって、ピストン部７と移動体８とは、中心軸Ｃ周りに相対的に回転しないようになっている。

移動体８の内周面に設けられた雌ねじ部には、スクリューロッド１０の第２雄ねじ部１０ｃが締結されている。スクリューロッド１０は、移動体８に締結される第２雄ねじ部１０ｃの他に、第１雄ねじ部１０ｂとロッド本体１０ａを備える。
ロッド本体１０ａの上端部には中心軸Ｃと直交する方向の貫通孔が設けられている。ロッド本体１０ａの上端部には、貫通孔に挿入されるスプリングロールピン１３を介して、つまみ部３が固定されている。つまみ部３を中心軸Ｃ周りに回転させることにより、スクリューロッド１０が中心軸Ｃ周りに回転する。

スクリューロッド１０の第１雄ねじ部１０ｂは、カバー部９の内周面に設けられた雌ねじ部に締結されている。カバー部９は、ダイヤフラムニードル５と同軸上に配置される円筒状部材であり、その外周面がボディ１の内周面と接触した状態で配置されている。カバー部９は、スプリングロールピン１４によって、ボディ１に対して中心軸Ｃ周りに回転しないように固定されている。

次に、つまみ部３を１回転させた場合の移動体８の位置の変化について説明する。
つまみ部３は、前述したように、スクリューロッド１０に固定されている。従って、つまみ部３を１回転させると、スクリューロッド１０が１回転する。スクリューロッド１０が１回転すると、第１雄ねじ部１０ｂおよび第２雄ねじ部１０ｃもそれぞれ１回転する。ここで、第１雄ねじ部１０ｂと第２雄ねじ部１０ｃのピッチ（１回転で軸方向に進む距離）は、それぞれＡおよびＢであり、Ａ＞Ｂの関係となっている。

第１雄ねじ部１０ｂが中心軸Ｃに沿って下方向に移動するようにつまみ部３を１回転させると、第１雄ねじ部１０ｂは中心軸Ｃに沿って下方向に距離Ａだけ移動する。この際、第２雄ねじ部１０ｃは第１雄ねじ部１０ｂと一体の部材であるので、第１雄ねじ部１０ｂと同様に中心軸Ｃに沿って下方向に距離Ａだけ移動する。

第２雄ねじ部１０ｃが中心軸Ｃに沿って下方向に距離Ａだけ移動する際、移動体８は、第１雄ねじ部１０ｂのピッチＡと第２雄ねじ部１０ｃのピッチＢの差分の距離（Ａ−Ｂ）だけ、中心軸Ｃに沿って下方向に移動する。このように距離（Ａ−Ｂ）だけ下方向に移動するのは、第２雄ねじ部１０ｃのピッチＢが第１雄ねじ部１０ｂのピッチＡよりも小さく、移動体８が平行ピン２１によってピストン部７に対して中心軸Ｃ周りに回転しないようになっているからである。

同様に、第１雄ねじ部１０ｂが中心軸Ｃに沿って上方向に移動するようにつまみ部３を１回転させると、第１雄ねじ部１０ｂは中心軸Ｃに沿って上方向に距離Ａだけ移動する。この際、第２雄ねじ部１０ｃは第１雄ねじ部１０ｂと一体の部材であるので、第１雄ねじ部１０ｂと同様に中心軸Ｃに沿って上方向に距離Ａだけ移動する。

第２雄ねじ部１０ｃが中心軸Ｃに沿って上方向に距離Ａだけ移動する際、移動体８は、第１雄ねじ部１０ｂのピッチＡと第２雄ねじ部１０ｃのピッチＢの差分の距離（Ａ−Ｂ）だけ、中心軸Ｃに沿って上方向に移動する。このように距離（Ａ−Ｂ）だけ上方向に移動するのは、第２雄ねじ部１０ｃのピッチＢが第１雄ねじ部１０ｂのピッチＡよりも小さく、移動体８が平行ピン２１によってピストン部７に対して中心軸Ｃ周りに回転しないようになっているからである。

以上のように、スクリューロッド１０にピッチの異なる第１雄ねじ部１０ｂおよび第２雄ねじ部１０ｃを設けることで、つまみ部３の回転に対する移動体８の移動量を小さくし、移動体８の移動量の微調整が可能となっている。そして、つまみ部３を回転させて移動体８の位置を調整することにより、ピストン部７の移動範囲が決定し、全開状態となる場合のダイヤフラムニードル５の開度が調整される。

つまみ部３を回転させることにより移動体８の位置を調整した後は、ロックナット４を締結して移動体８の位置を固定する。ロックナット４は、ロッド本体１０ａの外周面に設けられた雄ねじ部に締結される雌ねじ部を備えている。ロックナット４を回転させて、ロックナット４を中心軸Ｃ方向の下方（カバー部９に近づく方向）に移動させることにより、ロックナット４の下面とカバー部９の上面とが接触する。ロックナット４の下面とカバー部９の上面とが接触すると、つまみ部３が中心軸Ｃ周りに回転しないように固定される。

次に、図５および図６を用いて、ダイヤフラムニードル５および弁座部３３の周辺の構造について説明する。
図５は、図３に示される流量調整装置１００の要部拡大図であり、全閉状態におけるダイヤフラムニードル５の周辺を示す図である。図６は、図４に示される流量調整装置１００の要部拡大図であり、全開状態におけるダイヤフラムニードル５の周辺を示す図である。

図５および図６に示されるように、ダイヤフラムニードル５は、ニードル部５ａ（突起部）と、基部５ｂと、ダイヤフラム部５ｃと、環状縁部５ｄとを備えている。ニードル部５ａは、ダイヤフラムニードル５の先端に設けられた突起状の部材であり、ボディ１に設けられた弁孔３２に挿入可能となっている。ニードル部５ａを中心軸Ｃ方向に移動させ、ニードル部５ａの外周面と弁孔３２の内周面との隙間（距離）を調整することにより、流入流路３１から弁室３０に流入する流体の流量が調整される。ニードル部５ａは、基部５ｂと一体的に成形されている。弁孔３２は、流入流路３１と弁室３０とを連通させるものである。

基部５ｂには、ニードル部５ａとダイヤフラム部５ｃとが連結されている。ダイヤフラム部５ｃは、基部５ｂの外周面に連結された平面視が円環形状の薄膜部材である。ダイヤフラム部５ｃの内周側縁部は基部５ｂの外周面に連結されており、ダイヤフラム部５ｃの外周側縁部は環状縁部５ｄに連結されている。ダイヤフラム部５ｃは、ニードル部５ａおよび基部５ｂが中心軸Ｃ方向に移動するのに応じて変形する部材となっている。

環状縁部５ｄは、平面視が円環形状の部材である。環状縁部５ｄの外周側縁部の下方には周方向に延在する突起部が設けられており、ボディ１に設けられた平面視が円環形状の溝部に挿入されている。また、環状縁部５ｄの外周側縁部の上面は、ダイヤフラム支持部６と接触した状態となっている。環状縁部５ｄの外周側縁部の上面をダイヤフラム支持部６によって押さえつけることにより、環状縁部５ｄがボディ１に固定される。

ダイヤフラムニードル５の基部５ｂには、中心軸Ｃに直交する方向に貫通孔が設けられている。貫通孔には、円筒形状のダイヤフラムピン１５が挿入されている。ダイヤフラムピン１５の両端部は、ピストン部７に設けられた断面視が略Ｕ字形状の溝に係合するように配置されている。ダイヤフラムピン１５により、基部５ｂとピストン部７とが相対的に中心軸Ｃ周りに回転しないように固定される。

弁室３０は、中心軸Ｃに沿った平面視が円形状となっており、ニードル部５ａと基部５ｂとを含むダイヤフラムニードル５が収容される。弁室３０は、ダイヤフラムニードル５の流体接触面と、ボディ１の流体接触面である弁座部３３によって画定される空間である。弁室３０の中心軸は、ダイヤフラムニードル５の中心軸Ｃと一致している。

弁座部３３は、弁室３０の中心軸Ｃ方向に沿って弁孔３２から遠ざかるに従って、中心軸Ｃからの距離が一定の勾配で漸次長くなるテーパ形状となっている。弁座部３３の一端は弁孔３２の端部である弁孔縁部３２ａに接続されており、弁座部３３の他端はダイヤフラムニードル５の環状縁部５ｄおよびダイヤフラム部５ｃに接続されている。

流量調整装置１００は、図３に示される状態において、弁孔３２から弁室３０への流体の流入が遮断される遮断状態となる。この遮断状態において、ダイヤフラムニードル５と弁座部３３とが接触する接触位置３３ａが、弁孔３２と弁座部３３との境界となる弁孔縁部３２ａが離間している。また、この遮断状態において、弁孔縁部３２ａとニードル部５ａの外周面との間には微小な隙間が設けられた状態となっている。

このように、流量調整装置１００の遮断状態において、弁孔縁部３２ａはダイヤフラムニードル５と接触しないので、ダイヤフラムニードル５の接触によって弁孔３２が変形することが抑制される。また、この遮断状態において、ダイヤフラムニードル５と弁座部３３とが接触する接触位置３３ａが弁孔縁部３２ａから離間している。従って、接触位置３３ａにおいて弁座部３３に生じ応力が弁孔縁部３２ａに直接的かつ最短距離で伝達されることが防止され、弁孔３２が変形してしまう不具合が抑制される。

ここで、遮断状態において、接触位置３３ａにおいて弁座部３３が基部５ｂから受ける押圧力は、弁座部３３のテーパ形状の面に直交する法線方向（図５中の矢印に示す方向）となる。従って、接触位置３３ａにおいて弁座部３３に生じる応力の伝達方向が弁孔３２から遠ざかる方向となる。よって、基部５ｂから受ける押圧力によって弁座部３３に生じる応力は、弁孔縁部３２ａに伝達されにくくなり、弁孔３２が変形してしまう不具合が抑制される。

図５に示す遮断状態から圧力室３７に供給される空気圧を高めていくと、ダイヤフラムニードル５の基部５ｂが弁座部３３から離間する。弁座部３３から基部５ｂが離間すると、弁孔３２から弁室３０へ流体が流入する。弁室３０に流入した流体は、弁室３０に設けられた開口部３０ａを介して中間流路３８に流入する。中間流路３８に流入した流体は、流出流路３５を経由して流量調整装置１００の外部に流出する。

弁座部３３がテーパ形状となっているため、弁孔３２から弁室３０へ流入した流体は、弁孔縁部３２ａから開口部３０ａに向けて円滑に移動する。そのため、弁室３０内で流体が滞留することや、流体に含まれるパーティクル等が弁室３０内に集積することが抑制される。

以上説明したように、本実施形態の流量調整装置１００では、弁孔３２から弁室３０への流体の流入が遮断される遮断状態において、ダイヤフラムニードル５と弁座部３３とが接触する接触位置３３ａが弁孔縁部３２ａから離間している。従って、接触位置３３ａにおいて弁座部３３に生じる応力が弁孔縁部３２ａに直接的かつ最短距離で伝達されることが防止され、弁孔３２が変形してしまう不具合が抑制される。

また、弁座部３３は、弁室３０の中心軸Ｃ方向に沿って弁孔３２から遠ざかるに従って、中心軸Ｃからの距離が一定の勾配で漸次拡大するテーパ形状となっている。そのため、接触位置３３ａにおいて弁座部３３に生じる応力の伝達方向が弁孔３２から遠ざかる方向となり、弁孔３２が変形してしまう不具合が抑制される。さらに、弁孔３２から流入した流体は、テーパ形状の弁座部３３に沿って円滑に流通するので、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積が抑制される。

また、本実施形態の流量調整装置１００において、ダイヤフラムニードル５は、弁座部３３とともに弁室３０を画定するダイヤフラム部５ｃを備え、弁座部３３の一端が弁孔縁部３２ａに接続されており、弁座部３３の他端がダイヤフラム部５ｃに接続されている。

このようにすることで、弁座部３３の一端に接続された弁孔縁部３２ａから弁室３３に流入した流体が、弁座部３３の他端であるダイヤフラム部５ｃに至るまで、中心軸Ｃからの距離が一定の勾配で漸次拡大するテーパ形状の弁座部３３により円滑に導かれる。従って、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積を、より確実に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態の流量調整装置を図面に基づいて説明する。図７は、第２実施形態の流量調整装置２００の全開状態における縦断面図である。図８は、第２実施形態の流量調整装置２００の全閉状態における縦断面図である。図９は、図７に示される流量調整装置２００の要部拡大図である。図１０は、図８に示される流量調整装置２００の要部拡大図である。

図７に示される流量調整装置２００は、半導体製造装置が用いる薬液等の流体の配管流路に設置される機器である。流量調整装置２００は、ボディ２０１（本体部）と、ベース部２０２と、つまみ部２０３と、ロックナット２０４とを備える。ボディ２０１は、第１ボディ部２０１ａと、第２ボディ部２０１ｂと、第３ボディ部２０１ｃとを備える。流入流路２３１は、流量調整装置２００の外部の上流側配管（不図示）から流入する流体を流量調整装置２００の内部へ導く流路である。

次に、流量調整装置２００の内部構造について説明する。
第２実施形態の流量調整装置２００は、操作ポート２３６を介して圧力室２３７に圧縮空気が供給されない場合に閉状態となるノーマルクローズ型の空気圧操作弁である。

図７および図８に示されるボディ２０１は、ダイヤフラムニードル２０５（弁体部）を上下方向に移動させて弁座部２３３に当接または離間させる流量調整機構（流量調整部）を収納する樹脂製（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））の部材である。ここで、流量調整機構とは、後述するピストン部２０７、スクリューロッド２１０、及びスプリング２１１を含む機構をいう。流量調整機構は、後述する弁孔２３２に対するニードル部２０５ａの挿入量を調整して弁孔２３２から後述する弁室２３０に流入する流体の流量を調整するものである。

ダイヤフラムニードル２０５には後述するダイヤフラム部２０５ｃが設けられており、ダイヤフラム２０５ｃによって流体の流路と他の部分とが隔離されている。図７に示されるように、流量調整機構がダイヤフラムニードル２０５を弁座部２３３に接触させた状態では、流入流路２３１から流れ込んだ流体が流出流路２３５に流通しない閉状態となる。一方、図８に示されるように、流量調整機構がダイヤフラムニードル２０５を弁座部２３３から離間させた状態では、流入流路２３１から流れ込んだ流体が流出流路２３５に流通する開状態となる。開状態において、流出流路２３５に流れ込む流体は下流側配管（不図示）に流出する。

ダイヤフラムニードル２０５に設けられた雄ねじ部２０５ｅは、ピストン部２０７に設けられた雌ねじ部２０７ａに締結されている。従って、ダイヤフラムニードル２０５とピストン部２０７とは、中心軸Ｃ方向に一体となって上下動する。第３ボディ部２０１ｃは、内部に流入流路２３１および流出流路２３５が形成された樹脂製の部材である。第３ボディ部２０１ｃの上部には第２ボディ部２０１ｂが固定されている。

第２ボディ部２０１ｂは、ピストン部２０７を中心軸Ｃ方向に移動可能とする部材である。第２ボディ部２０１ｂの内周面の径は、ピストン部２０７の外周面の径と略同径となっている。第３ボディ２０１ｃにダイヤフラムニードル２０５を挿入した後、第３ボディ部２０１ｃに第２ボディ部２０１ｂを固定することにより、ダイヤフラムニードル２０５が第３ボディ部２０１ｃに対して固定される。

ピストン部２０７の外周面には、Ｘリング２１７，２１８が設けられている。Ｘリング２１７，２１８は、通常のシール機能に加え、腐食性ガスが流量調整機構に侵入するのを防止する機能も備えている。腐食性ガスは、圧力室２３７へ供給された圧縮空気を封止するとともに、フッ酸や硝酸などの薬液の一部がダイヤフラムニードル２０５のダイヤフラム部２０５ｃを透過することによって生じる。

ピストン部２０７には、スプリング２１１により、中心軸Ｃに沿ってピストン部２０７を設置面Ｓ側に押し付ける方向の付勢力が与えられている。操作ポート２３６には、外部の空気供給源（不図示）から圧縮空気が供給される。操作ポート２３６から流入した圧縮空気は、ピストン部２０７と第２ボディ部２０１ｂとにより画定される圧力室２３７に供給される。

圧力室２３７に供給される空気が生成する空気圧は、空気供給源（不図示）により調整される。スプリング２１１の付勢力がピストン部２０７に与える下向きの力よりも、圧力室２３７の空気圧がピストン部２０７に与える上向きの力が小さい場合には、図７に示されるように、ダイヤフラムニードル２０５が弁座部２３３に接触した閉状態となる。

圧力室２３７の空気圧はピストン部２０７に作用し、ピストン部２０７を中心軸Ｃに沿って設置面Ｓから遠ざける方向の付勢力をピストン部２０７に与える。圧力室２３７の空気圧が高まり、ピストン部２０７を中心軸Ｃに沿って設置面Ｓから遠ざける方向の付勢力が、スプリング２１１により与えられる付勢力を上回ると、ピストン部２０７が中心軸Ｃに沿って設置面Ｓから遠ざかる方向に移動する。この移動により、ダイヤフラムニードル２０５が弁座部２３３から離間した状態となり、流入流路２３１から流れ込んだ流体が流出流路２３５に流通する開状態となる。

次に、流量調整装置２００が図８に示される全開状態となる場合のダイヤフラムニードル２０５の開度の調整について説明する。流量調整装置２００が図８に示される全開状態となる場合、ピストン部２０７の上面とスクリューロッド２１０の下面が接触する。従って、スクリューロッド２１０の下面の位置によって、流量調整装置２００が図８に示される全開状態となる場合のダイヤフラムニードル２０５の開度が決定する。本実施形態では、スクリューロッド２１０の下面の位置を調整することにより、全開状態となる場合のダイヤフラムニードル２０５の開度が調整される。

スクリューロッド２１０の上端部には中心軸Ｃ方向に延在する雌ねじ部が設けられている。この雌ねじ部に締結ネジ２１３を締結させることにより、スクリューロッド２１０に対してつまみ部２０３が固定される。従って、つまみ部２０３を中心軸Ｃ周りに回転させることにより、スクリューロッド２１０が中心軸Ｃ周りに回転する。スクリューロッド２１０の外周面には雄ねじ部が設けられており、第１ボディ部２０１ａに設けられた雌ねじ部に締結されている。つまみ部２０３を中心軸Ｃ周りに回転させると、スクリューロッド２１０は、中心軸Ｃ方向に沿って上下動する。

つまみ部２０３を回転させることによりスクリューロッド２１０の下面の位置を調整した後は、ロックナット２０４を締結してスクリューロッド２１０の位置を固定する。ロックナット２０４は、スクリューロッド２１０の外周面に設けられた雄ねじ部に締結される雌ねじ部を備えている。ロックナット２０４を回転させて、ロックナット２０４を中心軸Ｃ方向の下方（第１ボディ部２０１ａに近づく方向）に移動させることにより、ロックナット２０４の下面と第１ボディ部２０１ａの上面とが接触する。ロックナット２０４の下面と第１ボディ部２０１ａの上面とが接触すると、つまみ部２０３が中心軸Ｃ周りに回転しないように固定される。

次に、図９および図１０を用いて、ダイヤフラムニードル２０５および弁座部２３３の周辺の構造について説明する。
図９は、図７に示される流量調整装置２００の要部拡大図であり、全閉状態におけるダイヤフラムニードル２０５の周辺を示す図である。図１０は、図８に示される流量調整装置２００の要部拡大図であり、全開状態におけるダイヤフラムニードル２０５の周辺を示す図である。

図９および図１０に示されるように、ダイヤフラムニードル２０５は、ニードル部２０５ａ（突起部）と、基部２０５ｂと、ダイヤフラム部２０５ｃと、環状縁部２０５ｄとを備えている。ニードル部２０５ａは、ダイヤフラムニードル２０５の先端に設けられた突起状の部材であり、第３ボディ部２０１ｃに設けられた弁孔２３２に挿入可能となっている。

ニードル部２０５ａを中心軸Ｃ方向に移動させ、ニードル部２０５ａの外周面と弁孔２３２の内周面との距離を調整することにより、流入流路２３１から弁室２３０に流入する流体の流量が調整される。ニードル部２０５ａは、基部２０５ｂと一体的に成形されている。弁孔２３２は、流入流路２３１と弁室２３０とを連通させるものである。

基部２０５ｂには、ニードル部２０５ａとダイヤフラム部２０５ｃとが連結されている。ダイヤフラム部２０５ｃは、基部２０５ｂの外周面に連結された平面視が円環形状の薄膜部材である。ダイヤフラム部２０５ｃの内周側縁部は基部２０５ｂの外周面に連結されており、ダイヤフラム部２０５ｃの外周側縁部は環状縁部２０５ｄに連結されている。ダイヤフラム部２０５ｃは、ニードル部２０５ａおよび基部２０５ｂが中心軸Ｃ方向に移動するのに応じて変形する部材となっている。

環状縁部２０５ｄは、平面視が円環形状の部材である。環状縁部２０５ｄの外周側縁部の下方には突起部が設けられており、第３ボディ部２０１ｃに設けられた平面視が円環形状の溝部に挿入されている。また、環状縁部２０５ｄの外周側縁部の上面は、第２ボディ部２０１ｂと接触した状態となっている。環状縁部２０５ｄの外周側縁部の上面を第２ボディ部２０１ｂによって押さえつけることにより、環状縁部２０５ｄが第３ボディ部２０１ｃに固定される。

弁室２３０は、中心軸Ｃに沿った平面視が円形状となっており、ニードル部２０５ａと基部２０５ｂとを含むダイヤフラムニードル２０５が収容される。弁室２３０は、ダイヤフラムニードル２０５の流体接触面と、第３ボディ部２０１ｃの流体接触面である弁座部２３３および接続部２３４によって画定される空間である。弁室２３０の中心軸は、ダイヤフラムニードル２０５の中心軸Ｃと一致している。

弁座部２３３は、弁室２３０の中心軸Ｃ方向に沿って弁孔２３２から遠ざかるに従って、中心軸Ｃからの距離が一定の勾配で漸次長くなるテーパ形状となっている。弁座部２３３の一端は弁孔２３２の端部である弁孔縁部２３２ａに接続されており、弁座部２３３の他端は接続部２３４に接続されている。

接続部２３４は、弁座部２３３とダイヤフラムニードル２０５の環状縁部２０５ｄとを接続するものである。接続部２３４の一端は弁座部２３３に接続されており、接続部２３４の他端はダイヤフラムニードル５の環状縁部５ｄに接続されている。
図９および図１０に示すように、接続部２３４は、中心軸Ｃに平行な方向の断面視が円弧形状となっている。

流量調整装置２００は、図９に示される状態において、弁孔２３２から弁室２３０への流体の流入が遮断される遮断状態となる。この遮断状態において、ダイヤフラムニードル２０５と弁座部２３３とが接触する接触位置２３３ａが、弁孔２３２と弁座部２３３との境界となる弁孔縁部２３２ａが離間している。また、この遮断状態において、弁孔縁部２３２ａとニードル部２０５ａの外周面との間には微小な隙間が設けられた状態となっている。

このように、流量調整装置２００の遮断状態において、弁孔縁部２３２ａはダイヤフラムニードル２０５と接触しないので、ダイヤフラムニードル２０５の接触によって弁孔３２が変形することが抑制される。また、この遮断状態において、ダイヤフラムニードル２０５と弁座部２３３とが接触する接触位置２３３ａが弁孔縁部２３２ａから離間しているので、弁孔２３２が変形することが抑制される。

ここで、遮断状態において、接触位置２３３ａにおいて弁座部２３３が基部２０５ｂから受ける押圧力は、弁座部２３３のテーパ形状の面に直交する法線方向（図９中の矢印に示す方向）となる。従って、接触位置２３３ａにおいて弁座部２３３に生じる応力の伝達方向が弁孔２３２から遠ざかる方向となる。よって、基部２０５ｂから受ける押圧力によって弁座部２３３に生じる応力は、弁孔縁部２３２ａに伝達されにくくなり、弁孔２３２が変形してしまう不具合が抑制される。

図９に示す遮断状態から圧力室２３７に供給される空気圧を高めていくと、ダイヤフラムニードル２０５の基部２０５ｂが弁座部２３３から離間する。弁座部２３３から基部２０５ｂが離間すると、弁孔２３２から弁室２３０へ流体が流入する。弁室２３０に流入した流体は、弁室２３０に設けられた開口部２３０ａを介して中間流路２３８に流入する。中間流路２３０に流入した流体は、流出流路２３５を経由して流量調整装置２００の外部に流出する。

弁座部２３３がテーパ形状となっており、接続部２３４が円弧形状となっているため、弁孔２３２から弁室２３０へ流入した流体は、弁孔縁部２３２ａから開口部２３０ａに向けて円滑に移動する。そのため、弁室２３０内で流体が滞留することや、流体に含まれるパーティクル等が弁室２３０内に集積することが抑制される。

以上説明したように、本実施形態の流量調整装置２００では、弁孔２３２から弁室２３０への流体の流入が遮断される遮断状態において、ダイヤフラムニードル２０５と弁座部２３３とが接触する接触位置２３３ａが弁孔縁部２３２ａから離間している。従って、接触位置２３３ａにおいて弁座部２３３に生じる応力が弁孔縁部２３２ａに直接的かつ最短距離で伝達されることが防止され、弁孔２３２が変形してしまう不具合が抑制される。

また、弁座部２３３は、弁室２３０の中心軸Ｃ方向に沿って弁孔２３２から遠ざかるに従って、中心軸Ｃからの距離が一定の勾配で漸次拡大するテーパ形状となっている。そのため、接触位置２３３ａにおいて弁座部２３３に生じる応力の伝達方向が弁孔２３２から遠ざかる方向となり、弁孔２３２が変形してしまう不具合が抑制される。さらに、弁孔２３２から流入した流体は、テーパ形状の弁座部２３３に沿って円滑に流通するので、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積が抑制される。

また、本実施形態の流量調整装置１００において、ダイヤフラムニードル２０５は、弁座部２３３とともに弁室２３０を画定するダイヤフラム部２０５ｃを備える。また、流量調整装置１００は、弁座部２０５とダイヤフラム部とを接続する接続部２３４を備え、接続部２３４は、中心軸Ｃに平行な方向の断面視が円弧形状となっている。
このようにすることで、中心軸Ｃに平行な方向の断面視が円弧形状の接続部２３４に沿って流体が導かれるので、流体の滞留や流体に含まれるパーティクル等の集積を、より確実に抑制することができる。

＜他の実施形態＞
第１実施形態および第２実施形態では、流体機器ユニットがノーマルクローズ型の空気圧操作弁であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、ノーマルオープン型の空気圧操作弁であってもよい。流体の流入口および流出口を備えるものであれば、空気圧操作弁以外の他の種類の流体機器ユニットであってもよい。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１，２０１ ボディ（本体部）
５，２０５ ダイヤフラムニードル（弁体部）
５ａ，２０５ａ ニードル部（突起部）
５ｂ，２０５ｂ 基部
５ｃ，２０５ｃ ダイヤフラム部
５ｄ，２０５ｄ 環状縁部
７，２０７ ピストン部
８ 移動体
１０，２１０ スクリューロッド
１１ スプリング
３０，２３０ 弁室
３０ａ，２３０ａ 開口部
３１，２３１ 流入流路
３２，２３２ 弁孔
３２ａ，２３２ａ 弁孔縁部
３３，２３３ 弁座部
３３ａ，２３３ａ 接触位置
３５，２３５ 流出流路
１００，２００ 流量調整装置
２０１ａ 第１ボディ部
２０１ｂ 第２ボディ部
２０１ｃ 第３ボディ部
２３４ 接続部

Claims (3)

1. 先端にニードル部が設けられた弁体部と、
   前記弁体部が収容され、平面視が円形状の弁室と、
   外部から流入した流体が流通する流入流路と、
   前記ニードル部が挿入可能となっており、前記流入流路と前記弁室とを連通させる弁孔と、
   全開時における前記弁孔に対する前記ニードル部の挿入量を調整して全開時に該弁孔の内周面と前記ニードル部の外周面との間の隙間から前記弁室に流入する流体の流量を調整する流量調整部と、
   前記弁室の中心軸方向に沿って前記弁孔から遠ざかるに従って、前記中心軸からの距離が一定の勾配で漸次長くなるテーパ形状の弁座部とを備え、
   前記弁孔から前記弁室への流体の流入が遮断される遮断状態において、前記弁体部と前記弁座部とが接触する接触位置が、前記弁孔と前記弁座部との境界となる弁孔縁部から離間していることを特徴とする流量調整装置。
2. 前記弁体部は、前記弁座部とともに前記弁室を画定するダイヤフラム部を備え、
   前記弁座部の一端が前記弁孔縁部に接続されており、前記弁座部の他端が前記ダイヤフラム部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整装置。
3. 前記弁体部は、前記弁座部とともに前記弁室を画定するダイヤフラム部を備え、
   前記弁座部と前記ダイヤフラム部とを接続する接続部を備え、
   前記接続部は、前記中心軸に平行な方向の断面視が円弧形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整装置。

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