特許 5982354 流体制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5982354

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】流体制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/122 20060101AFI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/122

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-252101(P2013-252101)

(22)【出願日】2013年12月5日

(65)【公開番号】特開2015-108421(P2015-108421A)

(43)【公開日】2015年6月11日

【審査請求日】2015年7月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 克憲

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開平４−２４８０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２０８０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１３９０６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５４−３３９７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／１２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項2】

請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項3】

請求項１または請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項4】

請求項１乃至請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項5】

請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項6】

請求項１乃至請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項7】

請求項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、
を特徴とする流体制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０４−２４８０８５号公報

【特許文献2】特開２００８−１４４８１９号公報

【特許文献3】特開２００８−２８６３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

（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。

【0010】

（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。

【0011】

（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。

【0012】

（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。

【0013】

（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。

【0014】

（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。

【発明の効果】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態に係る流体制御弁の断面図である。

【図2】図１のＰ部拡大断面図である。

【図3】弁部の断面図である。

【図4】ピストンの断面図である。

【図5】ピストンの斜面図である。

【図6】流体制御弁の組立の際の分解図である。

【図7】第２実施形態に係る流体制御弁の断面図である。

【図8】第３実施形態に係る流体制御弁の断面図である。

【図9】参考例に係る流体制御弁の断面図である。

【図10】特許文献１に記載の流体制御弁の断面図である。

【図11】特許文献２に記載の流体制御弁の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜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。

【0026】

（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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

（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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

（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。

【0043】

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。

【0044】

＜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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

（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。

【0050】

（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。

【0051】

（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。

【0052】

（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。

【0053】

（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。

【0054】

（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。

【0055】

（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。

【0056】

＜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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

＜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。

【0061】

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。

【符号の説明】

【0062】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】