WO2017221877A1 - 流体制御弁、及び流体制御弁製造方法 - Google Patents

Abstract

第１フッ素系樹脂材料のダイアフラム部材と第２フッ素系樹脂材料の弁座当接部材との係合面に押圧力が作用したときに、弁座当接部材が変位することがなく、隙間の発生しない流体制御弁、及び流体制御弁製造方法であって、ダイアフラム部材（４２）は、第１フッ素系樹脂材料より成り、ダイアフラム膜（４２２）と、ダイアフラム膜（４２２）の中央に棒状部（４２３）を備えること、弁座当接部材（４１）は、射出成形可能な第２フッ素系樹脂材料より成り、環状シール面（４１４）と、環状シール面（４１４）の反対側に凹部（４１３）を備えること、棒状部（４２３）の一部は、凹部（４１３）に嵌合されていること、棒状部（４２３）の一部の外周には外周凹凸面である環状凹部（４２４）が形成され、凹部（４１３）の内周には内周凹凸面である小径凹部（４１８）が形成され、環状凹部（４２４）と小径凹部（４１８）とは互いに密着して係合面を形成している。

Description

流体制御弁、及び流体制御弁製造方法

　本開示は、流体を制御する流体制御弁、及び流体制御弁製造方法に関する。

　本出願人は、弁閉の際に発生する弁体の変形による摩耗を抑え、パーティクルの発生を低減できる流体制御弁及び流体制御方法を提供することを目的として、特許文献１の技術を提案した。特許文献１の技術では、例えば、その図３１においては、ダイアフラム部材をＰＴＦＥで成形し、成形したダイアフラム部材を金型にインサートしている。そして、弁座と当接または離間する弁座当接部材を、ＰＦＡでダイアフラム部材の外周に成形することにより、弁体を構成していた。

特開２０１６－１１４２４０号公報

　ダイアフラム部材のダイアフラム膜の中央に位置する棒状部の外周に、弁座当接部材の凹部を嵌合させたときに、フッ素系樹脂同士のインサート成形では、接合部での接着力が弱い傾向がある。

　そこで、棒状部の外周凹凸面と凹部の内周凹凸面の接合面が、径方向の水平面と同じ面にある場合、及び棒状部の外周凹凸面と凹部の内周凹凸面の接合面が、外周に近づくほどダイアフラム膜に近づく傾斜面である場合に、駆動部により弁体が駆動されて、弁座当接部材が弁座に、長時間にわたって繰り返し当接したときに、外周凹凸面と内周凹凸面の接合部に押圧力がかかり、凹部が外周側に力を受けて変位する恐れがあった。

　そして、凹部が変位して棒状部と凹部の間に隙間ができると、その隙間に薬液が滞留し、滞留した薬液が劣化してパーティクルを発生する問題があった。

　本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１フッ素系樹脂材料のダイアフラム部材と第２フッ素系樹脂材料の弁座当接部材との係合面に押圧力が作用したときに、弁座当接部材が変位することがなく、隙間の発生しない流体制御弁、及び流体制御弁製造方法を提供することを目的とする。

　本開示の流体制御弁、及び流体制御弁製造方法は、次のような構成を有している。
（１）弁座を備える弁本体と、弁座と当接または離間する弁座当接部材とダイアフラム部材とを備えた弁体と、弁体を軸線方向に移動する駆動部とを有する流体制御弁であって、ダイアフラム部材は、第１フッ素系樹脂材料より成り、ダイアフラム膜と、ダイアフラム膜の中央に棒状部を備えること、弁座当接部材は、射出成形可能な第２フッ素系樹脂材料より成り、弁座当接面と、弁座当接面の反対側に凹部を備えること、棒状部の一部は、凹部に嵌合されていること、棒状部の一部の外周には外周凹凸面が形成され、凹部の内周には内周凹凸面が形成され、外周凹凸面と内周凹凸面とは互いに密着して係合面を形成していること、を特徴とする。

（２）（１）に記載する流体制御弁において、係合面は、その一部に、外周に近づくほどダイアフラム膜から遠ざかる傾斜面を備えていること、を特徴とする。ここで、この傾斜面は、直線面でも良いし、曲面でも良い。

（３）（１）または（２）に記載する流体制御弁において、係合面は、径方向の水平面に対し、角度５度以上１５度以下で傾斜していることを特徴とする。

（４）（１）乃至（３）に記載するいずれか１つの流体制御弁において、凹部は、棒状部の外周凹凸面よりもダイアフラム部側に延びて形成されていることを特徴とする。

（５）（１）乃至（４）に記載するいずれか１つの流体制御弁において、棒状部及び凹部には、回り止め部が形成されていることを特徴とする。

（６）（１）乃至（５）に記載するいずれか１つの流体制御弁において、第１フッ素系樹脂材料はＰＴＦＥであり、第２フッ素系樹脂材料はＰＦＡであることを特徴とする。

（７）（１）乃至（６）に記載するいずれか１つの流体制御弁において、駆動部は、弁体を弁座に当接する方向に付勢する当接バネと、操作流体により弁体を弁座から離間する方向に付勢するピストンとを備え、弁体が離間する方向に付勢する離間バネを備え、離間バネは、弁体が当接する方向に移動する途中でばね定数が変化して大きくなること、を特徴とする。

（８）（１）乃至（７）に記載するいずれか１つの流体制御弁において、軸方向中央にオリフィスを設けた雄ネジ部材がピストンの下室ポートに設置されていることを特徴とする。

（９）本開示の流体制御弁製造方法は、弁座を備える弁本体と、弁座と当接または離間する弁座当接部材とダイアフラム部材とを備えた弁体と、弁体を軸線方向に移動する駆動部とを有する流体制御弁を製造する流体制御弁製造方法において、ダイアフラム部材は、第１フッ素系樹脂材料より成り、ダイアフラム膜と、ダイアフラム膜の中央に棒状部を備えること、弁座当接部材は、射出成形可能な第２フッ素系樹脂材料より成り、弁座当接面と、弁座当接面の反対側に凹部を備えること、棒状部の一部は、凹部に嵌合されていること、棒状部の一部の外周には外周凹凸面が形成され、凹部の内周には内周凹凸面が形成されていること、第１丸棒をインサートした状態で、第１丸棒の一部を覆うように第２丸棒を射出成形するインサート成形工程の後、第１丸棒をダイアフラム部材の形状に、第２丸棒を弁座当接部材の形状に切削加工することを特徴とする。

　上記構成を有することにより、本開示の流体制御弁、及び流体制御弁製造方法は、次のように作用・効果を奏する。

　（１）の開示では、棒状部の一部は、凹部に嵌合され、棒状部の一部の外周には外周凹凸面が形成され、凹部の内周には内周凹凸面が形成され、外周凹凸面と内周凹凸面とは互いに密着して係合面を形成しているので、長時間使用しても、凹部と棒状部の間に隙間ができないため、薬液が滞留することがなく、滞留した薬液が劣化してパーティクルを発生することがない。

　（２）の開示では、係合面は、その一部に、外周に近づくほどダイアフラム膜から遠ざかる傾斜面を備えていること、を特徴とするので、駆動部により弁体が駆動されて、弁座当接部材が弁座に、長時間にわたって繰り返し当接したときに、外周凹凸面と内周凹凸面の接合部に押圧力がかかった場合でも、外周に近づくほどダイアフラム膜から遠ざかる傾斜面が、凹部が外側に変位するのを抑制するため、凹部と棒状部との間に隙間が発生することがない。

　（３）の開示では、係合面は、径方向の水平面に対し、角度５度以上１５度以下で傾斜していることを特徴とする。外周凹凸面と内周凹凸面の係合面が径方向の水平面と同じ面にあった場合には、弁体が駆動して弁座当接部材が弁座に当接したときに、外周凹凸面が内周凹凸面に対して隙間を開く方向に力が作用するため、経時的に隙間が拡大する問題がある。径方向の水平面に対して５度以上傾斜していると、外周凹凸面が内周凹凸面を内側に押圧するため、隙間が閉じる方向に力が作用するため、経時的に隙間が拡大する恐れがない。一方、傾斜角度が１５度を越えると、外周凹凸面が押し広げられて摩耗が発生してパーティクルが発生する恐れがある。

　外周凹凸面と内周凹凸面の各々に、棒状部の軸心に水平な平面に対して、５～１５度傾斜を設けているので、弁体が弁座に当接しているときに、内周凹凸面の上端面は、下向きの押圧力を受けるが、傾斜面が作用するため、内周凹凸面の上部は、内側向きの力を受けることになるため、内周凹凸面の上部が、外周凹凸面からずれる恐れがない。ここで、傾斜角度が５度未満であると、内周凹凸面の上部が、外周凹凸面からずれる恐れがある。また、傾斜角度が１５度を越えると、外周凹凸面が押し広げられて摩耗が発生してパーティクルが発生する恐れがある。

　（４）の開示は、凹部は、棒状部の外周凹凸面よりもダイアフラム部側に延びて形成されていることを特徴とする。弁体が駆動して弁座当接部材が弁座に当接したときに、外周凹凸面が内周凹凸面に対して互いに押し広げるか、押し広げられるかの関係となるが、凹部は、棒状部の外周凹凸面よりもダイアフラム部側に延びて形成されているので、この延びて形成された部分が、どちらの動きも抑制するため、隙間の拡大を抑え、又摩耗の発生も抑制できる。

　（５）の開示は、棒状部及び凹部には、回り止め部が形成されていることを特徴とするので、棒状部と凹部が互いに円周方向に回転することがないため、棒状部と凹部の間に隙間が形成される恐れがない。

　（６）の開示は、第１フッ素系樹脂材料はＰＴＦＥであり、第２フッ素系樹脂材料はＰＦＡであることを特徴とするので、軟質で屈曲性の良いダイアフラム部材と、硬質で耐摩耗性の良い弁座当接部材の組み合わせとなり、耐久性が向上する。さらにパーティクルを抑制することができる。

　（７）の開示は、駆動部は、弁体を弁座に当接する方向に付勢する当接バネと、操作流体により弁体を弁座から離間する方向に付勢するピストンとを備え、弁体が離間する方向に付勢する離間バネを備え、離間バネは、弁体が当接する方向に移動する途中でばね定数が変化して大きくなること、を特徴とするので、弁体の応答性を維持しつつ弁閉時に発生する衝突力を緩和することができ、衝突力により発生する可能性のある棒状部と凹部との間の隙間の発生を抑制することができる。

　（８）の開示は、軸方向中央にオリフィスを設けた雄ネジ部材がピストンの下室ポートに設置されていることを特徴とするので、弁体の応答性を維持しつつ弁閉時に発生する衝突力を緩和することができ、衝突力により発生する可能性のある棒状部と凹部との間の隙間の発生を抑制することができる。

　（９）の流体制御弁製造方法の開示は、棒状部の一部は、凹部に嵌合されていること、棒状部の一部の外周には外周凹凸面が形成され、凹部の内周には内周凹凸面が形成されていること、第１丸棒をインサートした状態で、第１丸棒の一部を覆うように第２丸棒を射出成形するインサート成形工程の後、第１丸棒をダイアフラム部材の形状に、第２丸棒を弁座当接部材の形状に切削加工することを特徴とするので、凹部と棒状部の間に隙間がないため、薬液が滞留することがなく、滞留した薬液が劣化してパーティクルを発生することがない。

　ここで、ＰＴＦＥ製のダイアフラム部材をインサートして、ＰＦＡ製の弁座当接部材を成形したダイアフラム弁体で弁として繰り返し開閉動作しても棒状部と凹部との間に隙間ができることがない。

本実施形態に係る流体制御弁の構造を示す断面図である。 図１に示すダイアフラム弁体の断面図である。 第２の実施形態のダイアフラム弁体を示す断面図である。 図３のＡ部拡大図である。 第３の実施形態であるダイアフラム弁体の製造方法を示す図である。 段差部を形成した第１丸棒の斜視図である。 荷重がかかっていない自然長状態の第２圧縮バネを示す図である。 図１の圧縮された状態の第２圧縮バネを示す図である。 第４実施形態のダイアフラム弁体を示す断面図である。 図９の一部拡大図である。 第５の実施形態のダイアフラム弁体の一部を示す断面図である。

　以下に、本開示に係る流体制御弁、及び流体制御弁製造方法の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（流体制御弁の概略構成）
　図１は、本実施形態に係る流体制御弁１の断面図であって、閉状態を示す。

　図１に示すように、流体制御弁１は、流体を制御する弁部２と、弁部２に駆動力を付与する駆動部３を備える。流体制御弁１は、例えば、半導体製造装置に取り付けられ、ウエハに供給する薬液の流量を制御する。この場合、流体制御弁１は、腐食性の高い薬液を制御することがあるので、ダイアフラム弁体４により駆動部３と弁部２との間が仕切られている。

　駆動部３は、シリンダボディ３１とシリンダカバー３２とによりシリンダ本体３３が構成されている。ピストン３５は、ピストン本体３５ａがシリンダ本体３３内に形成されたピストン室３４に摺動可能に装填され、ピストン室３４を第１室３４ａと第２室３４ｂに気密に区画している。ピストン本体３５ａには、シャフト３５ｂが一体に設けられている。シャフト３５ｂの下端部は、シリンダ本体３３から弁部２側へ突出し、弁部２のダイアフラム弁体４に連結されている。

　第１圧縮バネ３６（当接バネの一例）は、ダイアフラム弁体４にシール荷重を付与するものであり、第１室３４ａに縮設されてピストン３５を弁部２の弁座２４側へ向かって常時付勢している。ピストン本体３５ａの下面には、第２圧縮バネ３７（離間バネの一例）の一端が当接している。第２圧縮バネ３７の他端は、シリンダボディ３１の内周上面に当接している。図１では、第２圧縮バネ３７は圧縮された状態である。

　第２圧縮バネ３７の形状を図７に示す。図７は、第２圧縮バネ３７に荷重がかかっていない自然長状態を示す。図８に、第２圧縮バネ３７の図１の圧縮状態を示す。第２圧縮バネ３７は、コイル間が狭く形成された狭い第１コイル部３７ａと、コイル間が広く形成された広い第２コイル部３７ｂとを備えている。

　図１、図８の状態では、第１コイル部３７ａのコイルは密着しており、バネとして機能しておらず、バネとして機能しているのは、第２コイル部３７ｂのみとなっている。したがって、機能するバネ部が短くなっているため、図１、図８の状態では、見かけ上バネ定数が大きくなっているため、環状シール面４１４が、弁座面２４ａに当接するときには、環状シール面４１４を弁座面２４ａから離間させる方向に第２圧縮バネ３７が強く作用するため、ダイアフラム弁体４の応答性を維持しつつ弁閉時に発生する衝突力を緩和することができ、衝突力により発生する可能性のある棒状部と凹部との間の隙間の発生を抑制することができる。

　シリンダ本体３３には、第１室３４ａに連通して吸排気を行う吸排気ポート３３ａと、第２室３４ｂに連通して操作エアを供給する操作ポート３３ｂが形成されている。

　かかる駆動部３は、第１圧縮バネ３６及び第２圧縮バネ３７のバネ力と第２室３４ｂの内圧とのバランスによってピストン３５を軸線に沿って往復直線運動させ、ダイアフラム弁体４を所定のストローク分移動させる。かかる駆動部３は、第１圧縮バネ３６と第２圧縮バネ３７を除いて、構成部品がフッ素樹脂を材質としており、腐食性の高い雰囲気でも使用できるようにされている。

　第２室３４ｂと操作ポート３３ｂの間には、ネジオリフィス４６が配置されている。ネジオリフィス４６の中心には、直径約０．１ｍｍのオリフィスが形成されている。オリフィスがネジとして構成されているため、オリフィス径の異なるネジオリフィス４６を交換するだけで容易にオリフィス性能を変化させることができる。

　弁部２は、バルブボディ２１（弁本体の一例）に内蔵され、ダイアフラム弁体４の環状シール面４１４が弁座２４の弁座面２４ａに当接又は離間することにより流体制御を行う。バルブボディ２１とダイアフラム弁体４は、耐腐食性を確保するために、フッ素樹脂で形成されている。

　バルブボディ２１は、直方体形状をなし、流体を入出力するための第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂが対向する側面に開設されている。バルブボディ２１の上面には、開口部２１ｅが円柱形状に開設され、開口部２１ｅより外側に装着孔２１ｆが環状に形成されている。弁部２は、バルブボディ２１の装着孔２１ｆにダイアフラム弁体４の外縁部４２１が嵌め込まれ、バルブボディ２１とシリンダ本体３３との間で外縁部４２１を挟持することにより、ダイアフラム室２２と非接液室２３が形成されている。ダイアフラム弁体４のダイアフラム部材４２は、シャフト３５ｂに連結され、ダイアフラム室２２内で図中上下方向に移動する。非接液室２３は、シリンダ本体３３に形成された呼吸孔３３ｃに連通し、ダイアフラム膜４２２が弁座当接部材４１の移動に従ってスムーズに変形できるようにしている。

　第１連通流路２１ｃは、第１ポート２１ａとダイアフラム室２２を連通させるようにバルブボディ２１にＬ字形に形成され、ダイアフラム室２２の底面中央部に開口している。ダイアフラム室２２の底面は、第１連通流路２１ｃが開口する開口部の外周に沿って弁座２４が設けられている。弁座２４は、ダイアフラム室２２の軸線に対して直交する平坦面になるように加工された弁座面２４ａを備える。第２連通流路２１ｄは、第２ポート２１ｂをダイアフラム室２２に連通させるようにＬ字形に形成され、弁座２４より外側に開口している。

（弁体の構成）
　図２は、図１に示すダイアフラム弁体４の断面図である。

　ダイアフラム弁体４は、２つの部材から構成されている。（ａ）に示すダイアフラム部材４２と、（ｂ）に示す弁座当接部材４１である。ダイアフラム部材４２を先に形成し、金型内にインサートして、弁座当接部材４１を射出成形することにより、ダイアフラム弁体４が製造される。

　ダイアフラム部材４２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の丸棒から切削加工により製造している。ＰＴＦＥは、射出成形が難しいためであり、ダイアフラム膜４２２の厚みを均一にするためである。弁座当接部材４１は、射出成形の容易なＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を材料としている。

　ここで、弁座当接部材４１は、環状シール面４１４のシール性を高めるために、バルブボディ２１（弁座２４）の硬度と同一又はバルブボディ２１（弁座２４）の硬度より低いフッ素樹脂とすることが好ましい。本実施形態では、バルブボディ２１（弁座２４）、及び弁座当接部材４１の材質をＰＦＡ、硬度Ｄ５３～５８としている。

　棒状部４２３の上部４２６が、駆動部３（図１参照）に連結され、弁座当接部材４１は、弁座２４に対して当接又は離間する。棒状部４２３の外周面には、薄肉形状のダイアフラム膜４２２が接続し、そのダイアフラム膜４２２の外縁に外縁部４２１が肉厚に設けられている。

　棒状部４２３の下端外周部４２５の上部には、環状凹部４２４が形成されている。環状凹部４２４の上端面４２４ａは、棒状部４２３の軸心に対して垂直な面を形成している。

　弁座当接部材４１は、円柱部４１１と、肩部４１２が同軸上に設けられている。また、弁座当接部材４１には、上面が開口した凹部４１３が形成されている。凹部４１３の上端部には、内周側に張り出した小径凹部４１８が形成され、小径凹部４１８の下部には、大径状の大径凹部４１７が形成されている。

　円柱部４１１は、円柱形状をなし、弁座２４に対向する弁座側端面４１１ａを備える。ダイアフラム部材４２の上部４２６の外周には、シャフト３５ｂに設けられた雌ねじ部３５ｃ（図１参照）に螺合する雄ねじ部４２６ａが形成されている。

　弁座当接部材４１の弁座側端面４１１ａには、環状シール面４１４が弁座当接部材４１の軸心を中心に環状に突設されている。環状シール面４１４の内周には、環状溝４１５が形成されている。環状シール面４１４の外周は、上向きに傾斜面が形成されている。

　ダイアフラム部材４２の棒状部４２３の環状凹部４２４には、弁座当接部材４１の小径凹部４１８が密着して嵌合されており、弁座当接部材４１の大径凹部４１７には、ダイアフラム部材４２の下端外周部４２５が密着して嵌合されている。

（流体制御弁の概略動作）
　流体制御弁１は、ウエハに薬液を供給しない待機状態のときには、操作ポート３３ｂに操作流体が供給されない。この場合、第１圧縮バネ３６の付勢力がピストン３５を介してダイアフラム弁体４に作用し、ダイアフラム弁体４の環状シール面４１４が弁座２４の弁座面２４ａに密着してシールされる。このとき、弁部２は、第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂの間を遮断し、第２ポート２１ｂから反応室へ薬液を供給しない。

　ウエハに薬液を供給する場合には、流体制御弁１は、操作ポート３３ｂに操作流体が供給される。第２室３４ｂの内圧が第１圧縮バネ３６の付勢力より大きくなると、ピストン３５が第１圧縮バネ３６に抗して反弁座側へ移動する。ダイアフラム弁体４は、ピストン３５と一体的に上昇し、環状シール面４１４を弁座面２４ａから離間させる。これにより、流体制御弁１は、弁座当接部材４１のストロークに応じて薬液を第１ポート２１ａから第２ポート２１ｂへ流し、反応室へ供給する。

　ウエハへの薬液供給を停止する場合には、流体制御弁１は、操作ポート３３ｂから操作流体を排気する。すると、ピストン３５が第１圧縮バネ３６に付勢されて弁座方向に移動し、ダイアフラム弁体４の凹部４１３を弁座方向に押圧する。ダイアフラム弁体４は、ピストン３５と一体的に下降し、環状シール面４１４を弁座面２４ａに当接させた後、シール荷重を加えて、環状シール面４１４を弁座面２４ａに押し付けて圧接させる。これにより、流体制御弁１は、待機状態となる。

　以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、弁座２４を備えるバルブボディ２１と、弁座２４と当接または離間する弁座当接部材４１とダイアフラム部材４２とを備えたダイアフラム弁体４と、ダイアフラム弁体４を軸線方向に移動する駆動部３とを有する流体制御弁１であって、ダイアフラム部材４２は、第１フッ素系樹脂材料より成り、ダイアフラム膜４２２と、ダイアフラム膜４２２の中央に棒状部４２３を備えること、弁座当接部材４１は、射出成形可能な第２フッ素系樹脂材料より成り、環状シール面４１４と、環状シール面４１４の反対側に凹部４１３を備えること、棒状部４２３の一部は、凹部４１３に嵌合されていること、棒状部４２３の一部の外周には外周凹凸面である環状凹部４２４が形成され、凹部４１３の内周には内周凹凸面である小径凹部４１８が形成され、環状凹部４２４と小径凹部４１８とは互いに密着して係合面を形成していること、を特徴とするので、凹部４１３と棒状部４２３の間に隙間がないため、薬液が滞留することがなく、滞留した薬液が劣化してパーティクルを発生することがない。

　また、本実施形態では、第１フッ素系樹脂材料はＰＴＦＥであり、第２フッ素系樹脂材料はＰＦＡであることを特徴とするので、軟質で屈曲性の良いダイアフラム部材４２と、硬質で耐摩耗性の良い弁座当接部材４１の組み合わせとなり、耐久性が向上する。さらにパーティクルを抑制することができる。

　また、本実施形態では、駆動部３は、ダイアフラム弁体４を弁座２４に当接する方向に付勢する第１圧縮バネ３６と、操作流体によりダイアフラム弁体４を弁座２４から離間する方向に付勢するピストン３５とを備え、ダイアフラム弁体４が離間する方向に付勢する第２圧縮バネ３７を備え、第２圧縮バネ３７は、ダイアフラム弁体４が当接する方向に移動する途中でバネ定数が変化して大きくなること、を特徴とするので、ダイアフラム弁体４の応答性を維持しつつ弁閉時に発生する衝突力を緩和することができ、衝突力により発生する可能性のある棒状部４２３と凹部４１３との間の隙間の発生を抑制することができる。

　また、軸方向中央にオリフィス４６ａを設けたネジオリフィス４６がピストンの下室ポートである第２室３４ｂに設置されていることを特徴とするので、ダイアフラム弁体４の応答性を維持しつつ弁閉時に発生する衝突力を緩和することができ、衝突力により発生する可能性のあるダイアフラム部材４２と弁座当接部材４１との間の隙間の発生を抑制することができる。

　図３に、第２の実施形態のダイアフラム弁体４Ａを断面図で示す。また、図４に図３のＡ部拡大図を示す。

　図２のダイアフラム弁体４では、環状シール面４１４が弁座面２４ａに当接しているときに、弁座当接部材４１の小径凹部４１８の上端面と下端面が、ダイアフラム部材４２の環状凹部４２４の内周上面と内周下面とに挟持されて圧縮される方向に力を受ける。この力により、弁座当接部材４１の小径凹部４１８は、ダイアフラム部材４２の環状凹部４２４から外側に外れる恐れがある。ここで、少しでもずれが生じて僅かな隙間が発生すると、その隙間に薬液が滞留して劣化し、パーティクルが発生する恐れがある。

　上記問題点を解決するために、図３、４においては、弁座当接部材４１の小径凹部４１９の上端面４１９ａ、及びダイアフラム部材４２の環状凹部４２８の内周上面４２８ａの各々に、棒状部４２３の軸心に水平な平面に対して、傾斜角度Ｇ＝５度の傾斜を設けている。本実施形態では、傾斜角度Ｇ＝５度としているが、傾斜角度Ｇは、５度以上１５度以下であれば良い。

　これにより、環状シール面４１４が弁座面２４ａに当接しているときに、小径凹部４１９の上端面４１９ａは、矢印Ｂの押圧力を受けるが、傾斜面が作用するため、小径凹部４１９の上部は、矢印Ｃの力を受けることになるため、小径凹部４１９が、環状凹部４２８からずれる恐れがない。傾斜角度Ｇが５度未満であると、小径凹部４１９が、環状凹部４２８からずれる恐れがある。また、傾斜角度Ｇが１５度を越えると、外周凹凸面が押し広げられて摩耗が発生してパーティクルが発生する恐れがある。

　弁座当接部材４１の小径凹部４１９の下端面４１９ｂ、及びダイアフラム部材４２の環状凹部４２８の内周下面４２８ｂの各々に、棒状部４２３の軸心に水平な平面に対して、傾斜を設けている。本実施形態では、傾斜角度Ｇ＝１０度程度としている。下面側は、上面側に比較して、根元で支えられているため、外周凹凸面が押し広げられて摩耗が発生してパーティクルが発生する恐れが少ない。

　これにより、環状シール面４１４が弁座面２４ａに当接しているときに、小径凹部４１９の下端面４１９ｂは、矢印Ｄの押圧力を受けるが、傾斜面が作用するため、小径凹部４１９の下部は、矢印Ｅの力を受けることになるため、小径凹部４１９が、環状凹部４２８からずれる恐れがない。

　以上説明したように、第２の実施形態によれば、外周凹凸面である環状凹部４２８と、内周凹凸面である小径凹部４１９は、径方向の水平面に対し、角度５～１５度で傾斜していることを特徴とするので、環状シール面４１４が弁座面２４ａに当接しているときに、小径凹部４１９の上端面４１９ａは、矢印Ｂの押圧力を受けるが、傾斜面が作用するため、小径凹部４１９の上部は、矢印Ｃの力を受けることになるため、小径凹部４１９が、環状凹部４２８からずれる恐れがない。

　図２や図３に示す実施形態では、ダイアフラム部材４２を金型にインサートして後、弁座当接部材４１を成形する工程において、ダイアフラム部材４２のダイアフラム膜４２２に金型の熱の影響による変形の恐れがある。また、ダイアフラム膜４２２に金型表面の油等が付着して汚染される恐れがある。

　金型の熱による変形や汚染を回避するために、図５に示す第３の実施形態を考えた。図５の第３の実施形態は、最終形状は、図２の実施形態とほぼ同じである。相違しているのは、製造方法である。

　図５の（ａ）に示すように、ダイアフラム部材４２は、ＰＴＦＥの第１丸棒４４であり、弁座当接部材４１は、ＰＦＡの第２丸棒４３である。環状凹部４２４が形成された第１丸棒４４を金型にインサートして、ＰＦＡの第２丸棒４３を成型する。この状態が（ａ）の状態である。段差部を形成した第１丸棒４４の斜視図を図６に示す。下端外周部４２５の底面４２５ａには、直線溝４２７（回り止め部の一例）が形成されている。直線溝４２７は、ダイアフラム部材４２と弁座当接部材４１とが互いに回転方向にずれないための回り止めとして機能している。

　次に、第１丸棒４４及び第２丸棒４３を切削により、（ｂ）に示す形状に加工する。

　第３の実施形態によれば、ダイアフラム膜４２２が、金型の熱の影響により変形する恐れがない。また、ダイアフラム膜４２２に金型表面の油等が付着して汚染される恐れがない。

　第３の実施形態によれば、棒状部４２３の一部は、凹部４１３に嵌合されていること、棒状部４２３の一部の外周には外周凹凸面である環状凹部４２４が形成され、凹部４１３の内周には内周凹凸面である小径凹部４１８が形成されていること、第１丸棒４４をインサートした状態で、第１丸棒４４の一部である棒状部４２３を覆うように第２丸棒４３を射出成形するインサート成形工程の後、第１丸棒４４をダイアフラム部材４２の形状に、第２丸棒４３を弁座当接部材４１の形状に切削加工することを特徴とするので、凹部４１３と棒状部４２３の間に隙間がないため、薬液が滞留することがなく、滞留した薬液が劣化してパーティクルを発生することがない。

　また、第３の実施形態では、棒状部４２３及び凹部４１３には、直線溝４２７が形成されていることを特徴とするので、棒状部４２３と凹部４１３が互いに円周方向に回転することがないため、棒状部４２３と凹部４１３の間に隙間が形成される恐れがない。

　次に、本開示の第４の実施形態について図９及び図１０に基づいて説明する。第４の実施形態は、図３に示す第２の実施形態と内容はほぼ同じなので相違する点のみ説明し、同じ内容については、説明を割愛する。

　図９に示すように、弁座当接部材４１の上部４５が、環状凹部４２８の内周上面４２８ａを越えて、棒状部４２３の大径部の外周まで延設されている。

　第４の実施形態によれば、凹部４１３は、棒状部４２３の外周凹凸面である環状凹部４２４よりもダイアフラム膜４２２側に延びて形成されていることを特徴とするので、ダイアフラム弁体４が駆動して弁座当接部材４１の環状シール面４１４が弁座２４に当接したときに、図１０に示すように、押圧力Ｋにより、矢印Ｈの方向に力が働く。この際、ダイアフラム部材４２側が矢印Ｊの方向に変形しようとするが、弁座当接部材４１の上部４５により抑制される。凹部４１３は、棒状部４２３の環状凹部４２４よりもダイアフラム膜４２２側に延びて形成されているので、この延びて形成された上部４５が、Ｈ方向、及びＪ方向のどちらの動きも抑制するため、隙間の拡大を抑え、又摩耗の発生も抑制できる。

　次に、本開示の第５の実施形態について図１１を用いて説明する。第５の実施形態は、図３に示す第２の実施形態と内容はほぼ同じなので相違する点のみ説明し、同じ内容については、説明を割愛する。

　図１１に示すように、環状凹部４２４の上面が、凹状曲面４２９ａと凸状曲面４２９ｂを備えている。また、棒状部４２３には、凹状曲面４２９ａに密着して、凸状曲面４１１０ａが形成され、凸状曲面４２９ｂに密着して、凹状曲面４１１０ｂが形成されている。

　弁座当接部材４１が駆動部３により、弁座２４への当接を繰り返すことにより、係合部に繰り返し押圧力が加わった場合にも、凹状曲面４２９ａと凸状曲面４１１０ａの係合面と、凸状曲面４２９ｂと凹状曲面４１１０ｂの係合面とのつながる部分が、外周に近づくほどダイアフラム膜４２２から遠ざかる傾斜曲面を備えているので、係合面にずれが発生する恐れがない。

　第５の実施の形態では、係合面は、その一部に、外周に近づくほどダイアフラム膜４２２から遠ざかる傾斜面を備えていること、を特徴とするので、駆動部３によりダイアフラム弁体４が駆動されて、弁座当接部材４１が弁座２４に、長時間にわたって繰り返し当接したときに、環状凹部４２４と小径凹部４１８の係合面に押圧力がかかった場合でも、外周に近づくほどダイアフラム膜４２２から遠ざかる傾斜面が、凹部が外側に変位するのを抑制するため、凹部と棒状部との間に隙間が発生することがない。

　本開示は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

　例えば、本実施の形態では、離間バネ（第２圧縮バネ３７）を用いているが、離間バネを用いなくても本開示を実施することは可能である。

　また、ダイアフラム部材４２と弁座当接部材４１との境目外周部をヒータ等による熱溶着、超音波溶着、レーザ溶接等により接合することにより、隙間の発生を防ぎ、及び回転防止をすることができる。

　また、本実施形態では、２段ピッチバネである離間バネ（第２圧縮バネ３７）を用いているが、円錐バネを用いても良い。

　また、本実施形態では、ネジオリフィス４６として、金属製のネジを使用しているが、樹脂の多孔質体により構成しても良い。これにより、腐食を防止して、オリフィスの目詰まりを防止することができる。

１　流体制御弁
３　駆動部
４　ダイアフラム弁体（弁体の一例）
２４　弁座
４１　弁座当接部材
４１３　凹部
４１４　環状シール面
４１５　環状凹溝
４１８　小径凹部（内周凹凸面の一例）
４２　ダイアフラム部材
４２２　ダイアフラム膜
４２３　棒状部
４２４　環状凹部（外周凹凸面の一例）
４２５　下端外周部
 

Claims (9)

1. 　弁座を備える弁本体と、前記弁座と当接または離間する弁座当接部材とダイアフラム部材とを備えた弁体と、前記弁体を軸線方向に移動する駆動部とを有する流体制御弁であって、
   　前記ダイアフラム部材は、第１フッ素系樹脂材料より成り、ダイアフラム膜と、前記ダイアフラム膜の中央に棒状部を備えること、
   　前記弁座当接部材は、射出成形可能な第２フッ素系樹脂材料より成り、弁座当接面と、前記弁座当接面の反対側に凹部を備えること、
   　前記棒状部の一部は、前記凹部に嵌合されていること、
   　前記棒状部の一部の外周には外周凹凸面が形成され、前記凹部の内周には内周凹凸面が形成され、前記外周凹凸面と前記内周凹凸面とは互いに密着して係合面を形成していること、
   を特徴とする流体制御弁。
2. 　請求項１に記載する流体制御弁において、
   　前記係合面は、その一部に、外周に近づくほど前記ダイアフラム膜から遠ざかる傾斜面を備えていること、
   を特徴とする流体制御弁。
3. 　請求項１または請求項２に記載する流体制御弁において、
   　前記係合面は、径方向の水平面に対し、角度５度以上１５度以下で傾斜していること、
   を特徴とする流体制御弁。
4. 　請求項１乃至請求項３に記載するいずれか一つの流体制御弁において、
   　前記凹部は、前記棒状部の前記外周凹凸面よりも前記ダイアフラム部材側に延びて形成されていること、
   を特徴とする流体制御弁。
5. 　請求項１乃至請求項４に記載するいずれか１つの流体制御弁において、
   　前記棒状部及び前記凹部には、回り止め部が形成されていること、
   を特徴とする流体制御弁。
6. 　請求項１乃至請求項５に記載するいずれか１つの流体制御弁において、
   　前記第１フッ素系樹脂材料はＰＴＦＥであり、前記第２フッ素系樹脂材料はＰＦＡであること、
   を特徴とする流体制御弁。
7. 　請求項１乃至請求項６に記載するいずれか１つの流体制御弁において、
   　前記駆動部は、前記弁体を前記弁座に当接する方向に付勢する当接バネと、操作流体により前記弁体を前記弁座から離間する方向に付勢するピストンとを備え、
   　前記弁体が前記離間の方向に付勢する離間バネを備え、前記離間バネは、前記弁体が当接の方向に移動する途中でばね定数が変化して大きくなること、
   を特徴とする流体制御弁。
8. 　請求項１乃至請求項７に記載するいずれか１つの流体制御弁において、
   　軸方向中央にオリフィスを設けた雄ネジ部材が前記ピストンの下室ポートに設置されていること、
   を特徴とする流体制御弁。
9. 　弁座を備える弁本体と、前記弁座と当接または離間する弁座当接部材とダイアフラム部材とを備えた弁体と、前記弁体を軸線方向に移動する駆動部とを有する流体制御弁を製造する流体制御弁製造方法において、
   　前記ダイアフラム部材は、第１フッ素系樹脂材料より成り、ダイアフラム膜と、前記ダイアフラム膜の中央に棒状部を備えること、
   　前記弁座当接部材は、射出成形可能な第２フッ素系樹脂材料より成り、弁座当接面と、前記弁座当接面の反対側に凹部を備えること、
   　前記棒状部の一部は、前記凹部に嵌合されていること、
   　前記棒状部の一部の外周には外周凹凸面が形成され、前記凹部の内周には内周凹凸面が形成されていること、
   　第１丸棒をインサートした状態で、第２丸棒を射出成形するインサート成形工程の後、前記第１丸棒を前記ダイアフラム部材の形状に、前記第２丸棒を前記弁座当接部材の形状に切削加工すること、
   を特徴とする流体制御弁製造方法。
    

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