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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024075534
(43)【公開日】2024-06-04
(54)【発明の名称】レギュレータ
(51)【国際特許分類】
F16K 31/126 20060101AFI20240528BHJP
【ＦＩ】
F16K31/126 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022186980
(22)【出願日】2022-11-23
(71)【出願人】
【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】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】鍋井 立視
(72)【発明者】
【氏名】山田 教巨
【テーマコード（参考）】
3H056
【Ｆターム（参考）】
3H056AA01
3H056BB41
3H056CA07
3H056CB03
3H056CD04
3H056DD04
3H056DD05
3H056GG12
(57)【要約】
【課題】弁体とダイアフラム部材の接触部における発塵の発生を防止することが可能なレギュレータを提供すること。
【解決手段】ダイアフラム部材１５の、弁体１４の軸部１４５の先端面を受ける受け部１５１ａは、先端面に対向する部分に、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１上に中心が位置する第１半径により形成された凹球面１５１ｂを備えること、第１半径は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であること、先端面の、凹球面１５１ｂに対向する部分は、第１半径の値から、第１半径の値の２－５％の値を引いた値である第２半径により形成される凸球面１４４であること、を特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】ダイアフラム部材１５の、弁体１４の軸部１４５の先端面を受ける受け部１５１ａは、先端面に対向する部分に、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１上に中心が位置する第１半径により形成された凹球面１５１ｂを備えること、第１半径は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であること、先端面の、凹球面１５１ｂに対向する部分は、第１半径の値から、第１半径の値の２－５％の値を引いた値である第２半径により形成される凸球面１４４であること、を特徴とする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
弁体が収容される上流側流体室と、
前記上流側流体室の下流側に位置する下流側流体室と、
前記上流側流体室と前記下流側流体室とを連通させる弁孔と、
前記弁孔の外周に沿って設けられ、前記弁体が当接離間する環状弁座と、
前記下流側流体室に収容され、操作エアの圧力に応じて、当接離間方向に沿って位置を変えるダイアフラム部材と、
を備え、
前記弁体は、前記当接離間の方向に沿って、前記上流側流体室から、前記弁孔を通じて、前記下流側流体室まで延在する、円柱状の軸部を備え、
前記軸部は、前記ダイアフラム部材の、前記軸部の先端面を受ける受け部に分離可能に遊嵌され、
前記弁体の、前記ダイアフラム部材の側の反対側に、前記弁体に対して前記環状弁座に当接する方向に付勢力を与える付勢手段が配設され、
前記操作エアの圧力と、前記付勢力のバランスにより、前記弁体の開度調整を行うレギュレータにおいて、
前記受け部は、前記先端面に対向する部分に、前記軸部の中心軸上に中心が位置する第１半径により形成された凹球面を備えること、
前記第１半径は、前記軸部の直径の値から、前記直径の値の２０％の値を引いた値以上であること、
前記先端面の、前記凹球面に対向する部分は、前記第１半径の値から、前記第１半径の値の２－５％の値を引いた値である第２半径により形成される凸球面であること、
を特徴とするレギュレータ。
前記上流側流体室の下流側に位置する下流側流体室と、
前記上流側流体室と前記下流側流体室とを連通させる弁孔と、
前記弁孔の外周に沿って設けられ、前記弁体が当接離間する環状弁座と、
前記下流側流体室に収容され、操作エアの圧力に応じて、当接離間方向に沿って位置を変えるダイアフラム部材と、
を備え、
前記弁体は、前記当接離間の方向に沿って、前記上流側流体室から、前記弁孔を通じて、前記下流側流体室まで延在する、円柱状の軸部を備え、
前記軸部は、前記ダイアフラム部材の、前記軸部の先端面を受ける受け部に分離可能に遊嵌され、
前記弁体の、前記ダイアフラム部材の側の反対側に、前記弁体に対して前記環状弁座に当接する方向に付勢力を与える付勢手段が配設され、
前記操作エアの圧力と、前記付勢力のバランスにより、前記弁体の開度調整を行うレギュレータにおいて、
前記受け部は、前記先端面に対向する部分に、前記軸部の中心軸上に中心が位置する第１半径により形成された凹球面を備えること、
前記第１半径は、前記軸部の直径の値から、前記直径の値の２０％の値を引いた値以上であること、
前記先端面の、前記凹球面に対向する部分は、前記第１半径の値から、前記第１半径の値の２－５％の値を引いた値である第２半径により形成される凸球面であること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項2】
請求項１に記載のレギュレータにおいて、
前記第１半径は、前記軸部の直径の値に、前記直径の値の２０％の値を足した値以下、であること、
を特徴とするレギュレータ。
前記第１半径は、前記軸部の直径の値に、前記直径の値の２０％の値を足した値以下、であること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項3】
請求項２に記載のレギュレータにおいて、
前記第１半径は、前記軸部の直径の値から、前記直径の値の１０％の値を引いた値以上、前記軸部の直径の値に、前記直径の値の１０％の値を足した値以下、であること、
を特徴とするレギュレータ。
前記第１半径は、前記軸部の直径の値から、前記直径の値の１０％の値を引いた値以上、前記軸部の直径の値に、前記直径の値の１０％の値を足した値以下、であること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載のレギュレータにおいて、
前記第２半径は、前記第１半径の値から、前記第１半径の値の３－４％の値を引いた値であること、
を特徴とするレギュレータ。
前記第２半径は、前記第１半径の値から、前記第１半径の値の３－４％の値を引いた値であること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項5】
請求項１に記載のレギュレータにおいて、
前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記第１半径よりも小さい半径により形成される、前記凹球面と接線連続の凹曲面を備えること、
前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記凹曲面に対向する部分に、前記第２半径よりも小さい半径により形成される、前記凸球面と接線連続の凸曲面を備えること、
を特徴とするレギュレータ。
前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記第１半径よりも小さい半径により形成される、前記凹球面と接線連続の凹曲面を備えること、
前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記凹曲面に対向する部分に、前記第２半径よりも小さい半径により形成される、前記凸球面と接線連続の凸曲面を備えること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項6】
請求項１に記載のレギュレータにおいて、
前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記凹球面の接線上の第１フラット面を備えること、
前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記第１フラット面に対向する部分に、前記凸球面の接線上の第２フラット面を備えること、
を特徴とするレギュレータ。
前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記凹球面の接線上の第１フラット面を備えること、
前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記第１フラット面に対向する部分に、前記凸球面の接線上の第２フラット面を備えること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項7】
請求項１に記載のレギュレータにおいて、
前記受け部は、軸部の外周面に対向する筒状壁を備えること、
前記筒状壁と前記軸部の外周面との間に間隙を備えること、
前記間隙の大きさは、前記軸部の直径の値の３－５％であること、
を特徴とするレギュレータ。
前記受け部は、軸部の外周面に対向する筒状壁を備えること、
前記筒状壁と前記軸部の外周面との間に間隙を備えること、
前記間隙の大きさは、前記軸部の直径の値の３－５％であること、
を特徴とするレギュレータ。
【請求項8】
請求項１に記載のレギュレータにおいて、
前記凸球面の頂点部には、前記軸部と同軸上に、前記凹球面に接触しない非接触部が設けられていること、
前記非接触部の直径は、前記軸部の直径の値の１／２０を超えないこと、
を特徴とするレギュレータ。
前記凸球面の頂点部には、前記軸部と同軸上に、前記凹球面に接触しない非接触部が設けられていること、
前記非接触部の直径は、前記軸部の直径の値の１／２０を超えないこと、
を特徴とするレギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レギュレータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体製造工程では、例えば、ウエハの成膜処理に用いられる純水や薬液等の制御流体の圧力制御を行うために、例えば、特許文献１に開示されるようなレギュレータが用いられている。従来技術に係るレギュレータについて、図２８を用いて説明する。図２８は、従来技術に係るレギュレータ５０の断面図である。
【0003】
レギュレータ５０には、上流側から順に、入力ポート５９と、上流側流体室５２と、弁孔５４と、下流側流体室５３と、出力ポート６０と、が連通されて、一連の流路が形成されている。
【0004】
上流側流体室５２には、弁体５１が収容されている。この弁体５１は、図中の上下方向に沿って移動可能であり、弁孔５４の外周に沿って設けられた環状弁座５５と当接離間を行う。
【0005】
弁体５１の図中の下端側には、圧縮コイルばね５８が配設されており、この圧縮コイルばね５８の付勢力により、弁体５１は、環状弁座５５に当接する方向（閉方向）に付勢されている。また、弁体５１は、当接離間の方向に沿って、上流側流体室５２から、弁孔５４を通じて、下流側流体室５３まで延在する、円柱状の軸部５１１を備えている。この軸部５１１の先端面５１２は、軸部５１１の直径と略同一の直径を備える凸球面とされている。そして、この軸部５１１は、下流側流体室５３に収容されているダイアフラム部材５７の受け部５７１に分離可能に遊嵌されている。ダイアフラム部材５７の受け部５７１は、軸部５１１の直径と略同一の直径を備える凹球面とされている。
【0006】
ダイアフラム部材５７は、圧力作用室５６に供給される操作エアの圧力に応じて、当接離間の方向に沿って位置を変えることが可能である。
【0007】
以上のような構成のレギュレータ５０は、圧力作用室５６に供給される操作エアの圧力と、圧縮コイルばね５８の付勢力のバランスにより、弁体５１の環状弁座５５に対する距離（すなわち開度）の調整を行うことが可能である。
【0008】
ここで、弁体５１が、ダイアフラム部材５７に分離可能に遊嵌されている点について詳しく説明する。例えば、出力ポート６０側からの背圧を受け、下流側流体室５３の圧力が急激に高まると、ダイアフラム部材５７が、図中の上方（すなわち閉方向）に押し上げられる。この時、弁体５１とダイアフラム部材５７とが分離できないように連結されていると、ダイアフラム部材５７が閉方向に押し上げられるに伴い、弁体５１が閉方向に移動し、環状弁座５５に過干渉するおそれがある。弁体５１と環状弁座５５の過干渉は、摩耗等によるパーティクル発生の原因となるため、好ましくない。
【0009】
そこで、弁体５１とダイアフラム部材５７とを分離可能としておけば、下流側流体室５３の圧力が急激に高まり、ダイアフラム部材５７が閉方向に押し上げられたとしても、ダイアフラム部材５７は、弁体５１から分離して単独で閉方向に移動する。これにより、弁体５１は閉方向に移動されることがないため、環状弁座５５との過干渉を防止することが可能である。なお、弁体５１とダイアフラム部材５７は、制御流体が接触する接液部材であるため、耐腐食性の高いフッ素系合成樹脂（例えば、ＰＴＦＥやＰＦＡ等）を材質としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開２０２１－８９０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、上記したレギュレータには、以下のような問題があった。上記のように、弁体５１が、ダイアフラム部材５７に分離可能に遊嵌されていると、軸部５１１の先端面５１２とダイアフラム部材５７の受け部５７１とが当接離間を繰り返し、発塵するおそれがある。
【0012】
この発塵の原因は、先端面５１２と受け部５７１とが接触したときに、接触面において過大な応力が発生することや、先端面５１２に滑りが発生することであると考えられる。
【0013】
まず、先端面５１２と受け部５７１とが接触したときの接触面に発生する応力について説明する。図２９は、従来技術において、弁体５１とダイアフラム部材５７との接触面（先端面５１２と受け部５７１との接触面）に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。この解析は、弁体５１およびダイアフラム部材５７ともに、材質をＰＴＦＥとし、圧縮コイルばね５８の付勢力により、先端面５１２が受け部５７１に押し付けられている状態を想定したものである。そして、カラーバーの長さおよび色の濃淡により発生している応力の値を表している。つまり、カラーバーの長さが長いほど発生している応力が大きく、カラーバーの色が濃いほど発生している応力が大きい。
【0014】
発生している応力は、軸部５１１の中心軸ＣＬ５１に向かうほど高くなっており、軸部５１１の中心付近で最大となっている。この最大の応力の値は、１０．９２ＭＰａである。ＰＴＦＥの圧縮強さは約１０ＭＰaであり、高温雰囲気下（例えば、制御流体の温度である９０℃）では約５ＭＰａであると考えられているところ、この解析結果は、弁体５１の先端面５１２とダイアフラム部材５７の受け部５７１とが接触した状態では、材料の圧縮強さと同等かそれ以上の応力が働いていることを示している。このため、先端面５１２と受け部５７１とが当接離間を繰り返すと、軸部５１１や受け部５７１に塑性変形が発生するおそれがある。塑性変形の発生は、弁体５１とダイアフラム部材５７との接触面の破壊、そして発塵の原因となり得る。
【0015】
次に、先端面５１２と受け部５７１とが接触したときに発生する先端面５１２の滑りについて説明する。図３０は、従来技術において、軸部５１１の先端面５１２の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。弁体５１およびダイアフラム部材５７ともに、材質をＰＴＦＥとし、圧縮コイルばね５８の付勢力により、先端面５１２が受け部５７１に押し付けられている状態を想定したものである点は、上記の応力解析と同様である。そして、カラーバーの長さおよび色の濃淡により、滑り量の大きさを表している。つまり、カラーバーの長さが長いほど滑り量が大きく、カラーバーの色が濃いほど滑り量が大きい。また、カラーバーの延伸する向きが滑りの方向を表しており、カラーバーが軸部１４５の側に延伸しているのは、中心軸ＣＬ５１側への滑り（内向きの滑り）が発生していることを表している。
【0016】
発生している滑りは、図３０に示すように、全体として内向きの滑りとなっている。滑り量は、中心軸ＣＬ５１から離れるにつれ大きくなり、中心軸ＣＬ５１と軸部５１１外周との中間位置の近傍で最大値となっている。そして、その最大値の部分を超えると、外周に向かうにつれ滑り量が小さくなっている。発生している滑り量の範囲は、０～２．９μｍである。
【0017】
このように滑りが発生していると、先端面５１２と受け部５７１とが当接離間を繰り返すことで、先端面５１２と受け部５７１との摺動が繰り返されるおそれがある。摺動の繰り返しは、弁体５１とダイアフラム部材５７との接触面における発塵の原因となり得る。
【0018】
弁体５１とダイアフラム部材５７との接触面における発塵は、制御流体へのパーティクル混入の原因となる。制御流体にパーティクルが混入すると、ウエハの製造不良が発生する等、半導体の製造効率が低下するおそれがある。
【0019】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、弁体とダイアフラム部材の接触部における発塵の発生を防止することが可能なレギュレータ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】
【0020】
上記課題を解決するために、本発明の一態様におけるレギュレータは、次のような構成を有している。
【0021】
（１）弁体が収容される上流側流体室と、前記上流側流体室の下流側に位置する下流側流体室と、前記上流側流体室と前記下流側流体室とを連通させる弁孔と、前記弁孔の外周に沿って設けられ、前記弁体が当接離間する環状弁座と、前記下流側流体室に収容され、操作エアの圧力に応じて、当接離間方向に沿って位置を変えるダイアフラム部材と、を備え、前記弁体は、前記当接離間の方向に沿って、前記上流側流体室から、前記弁孔を通じて、前記下流側流体室まで延在する、円柱状の軸部を備え、前記軸部は、前記ダイアフラム部材の、前記軸部の先端面を受ける受け部に分離可能に遊嵌され、前記弁体の、前記ダイアフラム部材の側の反対側に、前記弁体に対して前記環状弁座に当接する方向に付勢力を与える付勢手段が配設され、前記操作エアの圧力と、前記付勢力のバランスにより、前記弁体の開度調整を行うレギュレータにおいて、前記受け部は、前記先端面に対向する部分に、前記軸部の中心軸上に中心が位置する第１半径により形成された凹球面を備えること、前記第１半径は、前記軸部の直径の値から、前記直径の値の２０％の値を引いた値以上であること、前記先端面の、前記凹球面に対向する部分は、前記第１半径の値から、前記第１半径の値の２－５％の値を引いた値である第２半径により形成される凸球面であること、を特徴とする。
【0022】
上記レギュレータによれば、第１半径が、軸部の直径の値から、前記直径の値の２０％の値を引いた値以上であるため、弁体とダイアフラム部材とが接触したときの接触面に発生する応力を１０ＭＰａ以下に抑えることができる。
例えば、弁体やダイアフラム部材には、耐腐食性の高いＰＴＦＥやＰＦＡ等が選定されるところ、ＰＴＦＥの圧縮強さは約１０ＭＰａ、ＰＦＡの圧縮強さは約１５ＭＰａである。このうち、圧縮強さが低いＰＴＦＥを選定したとしても、上記の通り、接触面に発生する応力を１０ＭＰａ以下に抑えることができるため、弁体およびダイアフラム部材の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
例えば、弁体やダイアフラム部材には、耐腐食性の高いＰＴＦＥやＰＦＡ等が選定されるところ、ＰＴＦＥの圧縮強さは約１０ＭＰａ、ＰＦＡの圧縮強さは約１５ＭＰａである。このうち、圧縮強さが低いＰＴＦＥを選定したとしても、上記の通り、接触面に発生する応力を１０ＭＰａ以下に抑えることができるため、弁体およびダイアフラム部材の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
【0023】
また、上記レギュレータによれば、第１半径が、軸部の直径の値から、前記直径の値の２０％の値を引いた値以上であるため、弁体とダイアフラム部材との接触面における、軸部の滑り量を、最大値で比較したときに、従来の３０％以下に抑えることができる。軸部の滑り量を従来よりも抑えることで、発塵を抑えることが可能である。
【0024】
以上のように、上記接触面に発生する応力、滑り量を抑えることができれば、接触面において発塵するおそれを低減することができる。これにより、制御流体へのパーティクル混入の防止、ひいては半導体の製造効率の低下を防止することができる。
【0025】
（２）（１）に記載のレギュレータにおいて、前記第１半径は、前記軸部の直径の値に、前記直径の値の２０％の値を足した値以下、であること、が好ましい。これにより、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力を確実に１０ＭＰａ以下に抑えることができ、弁体およびダイアフラム部材の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
【0026】
（３）（２）に記載のレギュレータにおいて、前記第１半径は、前記軸部の直径の値から、前記直径の値の１０％の値を引いた値以上、前記軸部の直径の値に、前記直径の値の１０％の値を足した値以下、であること、が好ましい。これにより、弁体とダイアフラム部材とが接触したときの接触面に発生する応力を５ＭＰａ以下に抑えることが可能である。ＰＴＦＥの圧縮強さは、高温雰囲気下（例えば、制御流体の温度である９０℃）では約５ＭＰａであると考えられているところ、弁体とダイアフラム部材とが接触したときの接触面に発生する応力を５ＭＰａ以下に抑えることで、高温雰囲気下でも、弁体およびダイアフラム部材の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
【0027】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のレギュレータにおいて、前記第２半径は、前記第１半径の値から、前記第１半径の値の３－４％の値を引いた値であること、が好ましい。これにより、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力を確実に低減することができる。例えば、第２半径を、第１半径の値から、第１半径の値の２％の値を引いた値よりも大きい値とすると、弁体の軸部の、ダイアフラム部材の受け部の中での自由度が小さくなり、仮に弁体が、開閉動作中に傾いた場合に、その傾きを吸収できず、上記接触面に過剰な応力が発生するおそれがある。一方で、第２半径を、第１半径の値から、第１半径の値の４％の値を引いた値よりも小さい値とすると、弁体の軸部がダイアフラム部材の受け部に十分に当接せず、軸部の中心軸がぶれてしまうおそれがある。よって、上記の通り、第２半径は、第１半径の値から、第１半径の値の３－４％の値を引いた値であること、が好ましい。
【0028】
なお、上記のレギュレータにおいては、軸部の先端面の全体を凸球面としても良いが、
（５）（１）に記載のレギュレータにおいて、前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記第１半径よりも小さい半径により形成される、前記凹球面と接線連続の凹曲面を備えること、前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記凹曲面に対向する部分に、前記第２半径よりも小さい半径により形成される、前記凸球面と接線連続の凸曲面を備えること、しても良い。
さらには、（６）（１）に記載のレギュレータにおいて、前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記凹球面の接線上の第１フラット面を備えること、前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記第１フラット面に対向する部分に、前記凸球面の接線上の第２フラット面を備えること、としても良い。
（５）（１）に記載のレギュレータにおいて、前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記第１半径よりも小さい半径により形成される、前記凹球面と接線連続の凹曲面を備えること、前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記凹曲面に対向する部分に、前記第２半径よりも小さい半径により形成される、前記凸球面と接線連続の凸曲面を備えること、しても良い。
さらには、（６）（１）に記載のレギュレータにおいて、前記受け部は、前記凹球面の外周に、前記凹球面の接線上の第１フラット面を備えること、前記先端面は、前記凸球面の外周、かつ、前記第１フラット面に対向する部分に、前記凸球面の接線上の第２フラット面を備えること、としても良い。
【0029】
（７）（１）乃至（６）のいずれか１つに記載のレギュレータにおいて、前記受け部は、前記軸部の外周面に対向する筒状壁を備えること、前記筒状壁と前記軸部の外周面との間に間隙を備えること、前記間隙の大きさは、前記軸部の直径の値の３－５％であること、が好ましい。
【0030】
（７）に記載のレギュレータによれば、前記受け部は、前記軸部の外周面に対向する筒状壁を備えるため、筒状壁によって、軸部の軸心がぶれてしまうことを確実に防止することができる。
【0031】
また、付勢手段の付勢力により、軸部が受け部に押し付けられると、軸部は、圧縮され、軸部の径が太る方向に変形するおそれがあるが、（７）に記載のレギュレータによれば、前記筒状壁と前記軸部の外周面との間に間隙を備えるため、軸部の径が圧縮されて太った場合でも、筒状壁と軸部との干渉を防止することができる。干渉を防止することで、軸部と筒状壁とが摩擦して発塵することを防止することができる。ここで、上記の間隙の大きさは、軸部の直径の値の３－５％であることが望ましい。間隙の大きさが、軸部の直径の５％よりも大きいと軸部の中心軸のぶれを確実に防止することができなくなり、軸部の直径の３％よりも小さいと軸部が圧縮されて太った場合に、筒状壁と干渉するおそれがあるためである。なお、ここでいう間隙とは、軸部と筒状壁とが同軸上に位置していると仮定し、筒状壁の直径から軸部の直径を引いた値を２で割ったものである。
【0032】
（８）（１）乃至（７）のいずれか１つに記載のレギュレータにおいて、前記凸球面の頂点部には、前記軸部と同軸上に、前記凹球面に接触しない非接触部が設けられていること、前記非接触部の直径は、前記軸部の直径の値の１／２０を超えないこと、を特徴とする。
【0033】
凸球面は、切削加工または射出成形等により形成されることが想定される。切削加工によるものである場合、凸球面の頂点部分は、加工速度がゼロになり、バリが発生するおそれがある。バリが発生した状態で凹球面に接触すると、発塵の原因となるおそれがあるため、（７）に記載のレギュレータのように、予め凸球面の頂点部分を非接触部としておくことで、発塵を防止することが可能である。また、凸球面を射出成形により形成する場合には、凸球面の表面上にゲートが位置してしまうと、弁体とダイアフラム部材とが接触したときの接触面に発生する応力および滑り量を抑えるという効果を、十分に得られなくなるおそれがある。そこで、（７）に記載のレギュレータのように、凸球面の頂点部分を非接触部としておくことで、上記効果に影響のない非接触部にゲートを設けることができるようになる。ただし、非接触部の直径は、軸部の直径の１／２０を超えないことが望ましい。非接触部の直径が、軸部の直径の１／２０を超えると、凸球面の表面積がその分狭くなり、却って、上記の応力および滑り量を抑えるという効果が十分に得られなくなるためである。
【発明の効果】
【0034】
本発明のレギュレータによれば、弁体とダイアフラム部材の接触部における発塵の発生を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】レギュレータの断面図である。
【図4】第１の実施形態において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図5】第１の実施形態において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図6】第１の比較対象において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図7】第１の比較対象において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図8】第２の比較対象において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図9】第２の比較対象において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図10】第３の比較対象において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図11】第３の比較対象において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図12】第４の比較対象において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図13】第４の比較対象において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図14】有限要素法解析による最大応力値を比較するグラフである。
【図15】有限要素法解析による滑り量の範囲を比較するグラフである。
【図18】第２の実施形態において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について、有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図19】第２の実施形態において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図21】第３の実施形態において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について、有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図22】第３の実施形態において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図24】第４の実施形態において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図25】第４の実施形態において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図26】各形態における有限要素法解析による最大応力値を比較するグラフである。
【図27】各形態における有限要素法解析による滑り量の範囲を比較するグラフである。
【図28】従来技術に係るレギュレータの断面図である。
【図29】従来技術において、弁体とダイアフラム部材との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図30】従来技術において、軸部の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【図31】第１の実施形態において、弁体とダイアフラム部材とが接触したときに、弁体とダイアフラム部材に働く力について説明する図である。
【図32】従来技術において、弁体とダイアフラム部材とが接触したときに、弁体とダイアフラム部材に働く力について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明に係るレギュレータの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、レギュレータ１の断面図である。なお、図１中の上下方向が、後述する弁体１４の開閉方向である。また、参照する図面は、分かり易さのためにデフォルメされたものであり、各部材の形状や寸法等を正確に表したものではない。
【0037】
（レギュレータの構成について）
本実施形態に係るレギュレータ１は、半導体製造工程（例えばウエハの成膜処理）に用いられる薬液や純水等（以下、制御流体という）の圧力制御を行う圧力制御機器である。
本実施形態に係るレギュレータ１は、半導体製造工程（例えばウエハの成膜処理）に用いられる薬液や純水等（以下、制御流体という）の圧力制御を行う圧力制御機器である。
【0038】
レギュレータ１は、図１に示すように、弁本体１１と、上カバー１２と、下カバー１３とを備えている。上カバー１２と下カバー１３とは、図中の上下方向（後述する弁体１４の開閉方向と同一の方向）から弁本体１１を挟むようにして、弁本体１１に組付けられている。なお、弁本体１１は、内部を制御流体が流れる接液部材であるため、耐腐食性の高いフッ素系合成樹脂により成形されている。一方、接液部材ではない上カバー１２と下カバー１３は、例えばポリプロピレン樹脂により成形されている。
【0039】
弁本体１１は、制御流体が入力される入力ポート１１１と、制御流体が出力される出力ポート１１２とが形成されている。入力ポート１１１には、制御流体の供給源（不図示）が接続されており、当該供給源からレギュレータ１に制御流体が入力される。出力ポート１１２には、例えばノズル（不図示）が接続されており、レギュレータ１から出力される制御流体をウエハ等に滴下する。
【0040】
弁本体１１には、弁本体１１の下カバー１３の側の端面（図１中の下端面）から上カバー１２の側に向かって、上流側流体室１１３が穿設されている。この上流側流体室１１３は、略円錐台状の空間として形成されている。上流側流体室１１３は、入力流路１１１ａによって入力ポート１１１と連通している。さらに、上流側流体室１１３の上カバー１２側の内面１１３ａには、弁孔１１４が穿設されている。この弁孔１１４は、上流側流体室１１３と同軸上に位置している。上流側流体室１１３の内面１１３ａには、弁孔１１４の外周に沿って環状弁座１１５が突設されている。環状弁座１１５の先端は平坦にされており、後述する弁体１４が当接する当接面である。
【0041】
さらに、弁本体１１には、弁本体１１の上カバー１２の側の端面（図１中の上端面）から下カバー１３の側に向かって、略円柱状の空間として開口部１１６が穿設されている。この開口部１１６は、上流側流体室１１３および弁孔１１４と同軸上に設けられている。また、開口部１１６は、後述するダイアフラム部材１５によって、開閉方向において、２室に区画されている。すなわち、下流側流体室１１６ａと、圧力作用室１１６ｂと、に区画されている。下流側流体室１１６ａは、弁孔１１４により上流側流体室１１３に連通している。さらに、下流側流体室１１６ａは、出力流路１１２ａにより出力ポート１１２に連通している。したがって、弁本体１１には、入力流路１１１ａと、上流側流体室１１３と、弁孔１１４と、下流側流体室１１６ａと、出力流路１１２ａとによって、入力ポート１１１から出力ポート１１２までの一連の流路が形成されている。
【0042】
上流側流体室１１３には、開閉方向に往復動可能な略円柱形状の弁体１４が収容されている。この弁体１４は、接液部材であるため、耐腐食性の高い、例えばフッ素系合成樹脂（ＰＴＦＥやＰＦＡ）により成形されている。
【0043】
弁体１４には、その軸線方向の中央部に、他の部分よりも径の大きい拡径部１４１が形成されている。拡径部１４１の、弁座１１５ａに対向する端面は、環状弁座１１５に当接する当接面である。よって、レギュレータ１が閉弁状態にあるとき、弁体１４と環状弁座１１５は平面同士で当接する。このように、弁体１４の当接面が環状弁座１１５に当接した状態では、入力ポート１１１から出力ポート１１２までの流路が遮断された状態になる。一方、当接面が弁座１１５ａから離間した状態では、入力ポート１１１から出力ポート１１２までの流路が連通された状態になる。
【0044】
さらに弁体１４は、下カバー１３側の端部に、弁体１４と一体に成形された薄膜部１４２と、薄膜部１４２の外周に形成された固定部１４３と、を備えている。固定部１４３は弁本体１１と下カバー１３とに挟持されており、これにより、弁体１４は、上流側流体室１１３と同軸上に位置するように固定されている。そして、薄膜部１４２は、弁体１４が開閉方向に往復運動するに伴って弾性変形可能なように形成されている。
【0045】
弁体１４は、拡径部１４１から上カバー１２側に向かって突設される軸部１４５を備えている。この軸部１４５は、弁孔１１４を通じて下流側流体室１１６ａまで延在している。軸部１４５の先端部は、ダイアフラム部材１５に対して分離可能に遊嵌されている。このダイアフラム部材１５は、略円盤状に形成されている。また、ダイアフラム部材１５は、接液部材であるため、耐腐食性の高い、例えばフッ素系合成樹脂により成形されている。
【0046】
ダイアフラム部材１５は、中央部１５１と、中央部１５１の外周に形成される薄膜部１５２と、薄膜部１５２の外周に形成される環状の固定部１５３と、からなる。中央部１５１には、弁体１４側の端面の中央に、受け部１５１ａが穿設されている。この受け部１５１ａは、弁体１４の軸部１４５と同軸上に位置するように設計されており、軸部１４５の先端部が遊嵌されている。この遊嵌とは、弁体１４が閉方向（図中の上方向）に移動する際に中心軸位置がブレないように位置決めするためのものである一方、ダイアフラム部材１５と弁体１４とが離れる方向に力が働いた時には離間可能なものである。
【0047】
ダイアフラム部材１５の固定部１５３は、上カバー１２と弁本体１１とにより挟持されており、これにより、ダイアフラム部材１５が固定されている。このように固定されることで、中央部１５１が、薄膜部１５２を弾性変形させながら、弁体１４とともに開閉方向に往復運動可能になっている。固定部１５３と、上カバー１２の間には、Ｏリング１９が配設されており、圧力作用室１１６ｂの気密を保っている。
【0048】
上カバー１２には、圧力作用室１１６ｂに連通する導入ポート１２１が形成されており、導入ポート１２１を通じて圧力作用室１１６ｂに操作エアを供給することができる。そして、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力に応じて、ダイアフラム部材１５の中央部１５１が、開閉方向の位置を変動させる。中央部１５１が開方向（図１中の下方向）に移動する場合には、中央部１５１の移動に伴い、弁体１４が開方向に押し下げられ、弁開状態となる。
【0049】
下カバー１３には、弁体１４と同軸上に、略円柱状の空間として、ばね収容室１３１が形成されている。ばね収容室１３１は、弁体１４の薄膜部１４２を挟んで上流側流体室１１３と反対側に位置している。ばね収容室１３１には、圧縮コイルばね１６が収容されている。
【0050】
さらに、ばね収容室１３１には、弁体１４と同軸上に凹状のガイド部１３２が設けられている。ガイド部１３２には、弁体１４を下カバー１３側から支持する支持部材１７が挿入されている。支持部材１７の外周面から突出して設けられているフランジ部１７１には、圧縮コイルばね１６が当接している。これにより、支持部材１７は、弁本体１１側（図中の上方）に向かって付勢されている。
【0051】
また、支持部材１７は、弁体１４側の上端面に穿設された溝１７２に弁体１４の下端部が差し込まれており、これにより弁体１４を支持している。支持部材１７は圧縮コイルばね１６により上方に付勢されているため、支持部材１７に支持される弁体１４も上方に付勢されている。つまり、弁体１４は、環状弁座１１５に当接しようとする閉方向へ付勢されている。そして、弁体１４が開方向に移動する際には、圧縮コイルばね１６の付勢力に抗して移動することになる。つまり、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力と圧縮コイルばね１６の付勢力のバランスにより、弁体１４の位置の調整が行われる。弁体１４の位置の調整とは、すなわち、弁体１４と環状弁座１１５との距離の調整（開度調整）を意味する。
【0052】
また、支持部材１７は、弁体１４とは反対側の端部（図中の下端部）に、ガイド部１３２に挿入される摺動部１７３を備えている。弁体１４の環状弁座１１５に対する当接離間の動作は、摺動部１７３がガイド部１３２に挿入されていることで、ガイド部１３２によって案内される。
【0053】
次に、弁体１４の軸部１４５とダイアフラム部材１５とが遊嵌されている部分について、図２および図３を用いてさらに詳細に説明する。図２は、図１の部分Ａの部分拡大図である。図３は、図２の部分Ｂの部分拡大図である。
【0054】
既に述べた通り、ダイアフラム部材１５（中央部１５１）は、弁体１４の軸部１４５の先端面を受ける受け部１５１ａを備えている。この受け部１５１ａは、止め穴形状となっており、軸部１４５の先端面が突き当たるようにされている。そして、受け部１５１ａの、軸部１４５の先端面が突き当たる部分が凹球面１５１ｂとされている。この凹球面１５１ｂの中心位置ＣＰ１１は、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１上に位置するように設計されている。また、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１（第１半径）は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の２０％の値を足した値以下、であることが望ましく、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の１０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の１０％の値を足した値以下、であることが更に望ましい。本実施形態においては、軸部１４５の直径Ｄ１１が４ｍｍに設定されており、半径ＳＲ１１は、当該直径の値と同一の４ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。
【0055】
また、受け部１５１ａには、凹球面１５１ｂの外周に、軸部１４５の外周面に対向する筒状壁１５１ｃが形成されている。筒状壁１５１ｃの直径Ｄ１２は、筒状壁１５１ｃと軸部１４５の外周面との間に間隙Ｃ１１が、所定の大きさとなるように設定される。すなわち、間隙Ｃ１１の大きさが、軸部１４５の直径Ｄ１１の値の３－５％となるように設定される。本実施形態においては、軸部１４５の直径が４ｍｍに設定されているため、間隙Ｃ１１を０．１２－０．２ｍｍとするのが望ましい。なお、ここでいう間隙Ｃ１１とは、軸部１４５と筒状壁１５１ｃとが同軸上に位置していると仮定し、筒状壁１５１ｃの直径Ｄ１２から軸部１４５の直径Ｄ１１を引いた値を２で割ったものである。
【0056】
上記のような受け部１５１ａに遊嵌される軸部１４の、凹球面１５１ｂに対向する先端面は、凸球面１４４とされている。この凸球面１４４の中心位置は、凸球面１４４と凹球面１５１ｂとが接触した状態において、凹球面１５１ｂの中心位置ＣＰ１１と同一になるように設計されている。また、凸球面１４４の半径ＳＲ１２（第２半径）は、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１の値から、半径ＳＲ１１の値の２－５％の値を引いた値であることが望ましく、半径ＳＲ１１の値から、半径ＳＲ１１の値の３－４％の値を引いた値であることが更に望ましい。本実施形態においては、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１が４ｍｍに設定されており、凸球面１４４の半径ＳＲ１２は、３．８５ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。
【0057】
さらに、図３に示すように、軸部１４５の先端面には、軸部１４５と同軸上に、もみ穴１４６が穿設されている。もみ穴１４６が穿設されることにより、凸球面１４４の頂点部は、もみ穴１４６の直径Ｄ１３の分だけ、凹球面１５１ｂに接触しない非接触部１４７となっている。このもみ穴１４６の直径Ｄ１３（すなわち、非接触部１４７の直径）は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値の１／２０を超えないことが望ましい。本実施形態においては、軸部１４５の直径Ｄ１１が４ｍｍに設定されており、直径Ｄ１３は０．２ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。また、図３中のもみ穴１４６の直径Ｄ１３の大きさは、説明を容易とするためにデフォルメしたものであり、寸法を正確に表すものではない。
【0058】
（レギュレータの作用および効果について）
レギュレータ１は、圧力作用室１１６ｂに供給する操作エアの圧力調整を行うことで、出力ポート１１２から出力される制御流体の圧力を安定化させることができる。
レギュレータ１は、圧力作用室１１６ｂに供給する操作エアの圧力調整を行うことで、出力ポート１１２から出力される制御流体の圧力を安定化させることができる。
【0059】
任意の圧力の操作エアをレギュレータ１に供給し、圧力作用室１１６ｂ内を正圧の状態にすることで、レギュレータ１を開弁状態にする。すると、レギュレータ１から制御流体が出力される。この場合に、例えば、レギュレータ１の下流側のノズルで制御流体の使用量が増えれば、下流側流体室１１６ａの圧力が低下する。下流側流体室１１６ａの圧力が、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力よりも小さくなると、ダイアフラム部材１５の薄膜部１５２は下流側流体室１１６ａの側に変形し、ダイアフラム部材１５は、下流側流体室１１６ａの圧力および圧縮コイルばね１６の付勢力と圧力作用室１１６ｂの圧力とのバランスが取れる位置まで移動する。これに伴い、弁体１４の開度が大きくなる。また、一方で、レギュレータ１の下流側のノズルで制御流体の使用量が減少すれば、下流側流体室１１６ａの圧力が上昇する。下流側流体室１１６ａの圧力が、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力よりも大きくなると、ダイアフラム部材１５の薄膜部１５２は圧力作用室１１６ｂの側に変形し、ダイアフラム部材１５は、下流側流体室１１６ａの圧力および圧縮コイルばね１６の付勢力と圧力作用室１１６ｂの圧力とのバランスが取れる位置まで移動する。これに伴い、弁体１４の開度が小さくなる。
【0060】
このように、圧力作用室１１６ｂに供給される操作エアの圧力と下流側流体室１１６ａおよび圧縮コイルばね１６の付勢力との圧力バランスに応じて、ダイアフラム部材１５は、薄膜部１５２を弾性変形させながら、開閉方向における位置を変動させる。これにより、弁体１４の開閉方向における位置が調節され、出力ポート１１２から出力される制御流体の圧力を安定化させることができる。なお、圧力作用室１１６ｂへの操作エアの供給を停止すれば、圧縮コイルばね１６の付勢力により、弁体１４は、環状弁座１１５に当接する位置まで移動し、制御流体の流れが遮断されるようになっている。
【0061】
さらに、弁体１４の軸部１４５は、ダイアフラム部材１５の受け部１５１ａに分離可能に遊嵌されているため、弁体１４と環状弁座１１５との過干渉を防止することができる。
【0062】
詳しく説明すると、例えば、出力ポート１１２側からの背圧を受け、下流側流体室１１６ａの圧力が急激に高まると、ダイアフラム部材１５が、図１中の上方（すなわち閉方向）に押し上げられる。この時、弁体１４とダイアフラム部材１５とが分離できないように連結されていたとすると、ダイアフラム部材１５が閉方向に押し上げられるに伴い、弁体１４が閉方向に移動し、環状弁座１１５に過干渉するおそれがある。弁体１４と環状弁座１１５の過干渉は、摩耗等によるパーティクル発生の原因となるため、好ましくない。
【0063】
しかし、本実施形態に係るレギュレータ１は、弁体１４の軸部１４５が、ダイアフラム部材１５の受け部１５１ａに分離可能に遊嵌されているため、下流側流体室１１６ａの圧力が急激に高まり、ダイアフラム部材１５が閉方向に押し上げられたとしても、ダイアフラム部材１５は、弁体１４から分離して単独で閉方向に移動する。したがって、弁体１４は閉方向に移動されることがないため、環状弁座１１５との過干渉を防止することが可能である。
【0064】
弁体１４の軸部１４５が、ダイアフラム部材１５の受け部１５１ａに分離可能に遊嵌されていると、軸部１４５の先端面と受け部１５１ａとが当接離間を繰り返しおそれがある。しかし、軸部１４５の先端面には凸球面１４４が設けられ、受け部１５１ａには凹球面１５１ｂが設けられているため、凸球面１４４と凹球面１５１ｂとの接触面において、過大な応力が発生することや、軸部１４５の先端面に滑りが発生することを防止することができる。これにより、軸部１４５の先端面と受け部１５１ａとが当接離間を繰り返しても、発塵の発生を防止することができる。
【0065】
まず、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面（凸球面１４４と凹球面１５１ｂとの接触面）に発生する応力について、有限要素法解析を行った結果を説明する。図４は、第１の実施形態において、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面（凸球面１４４と凹球面１５１ｂとの接触面）に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0066】
さらに、上記有限要素法解析の結果と比較のために、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１の大きさ、凸球面１４４の半径ＳＲ１２の大きさを変えて有限要素法解析を行った。
【0067】
第１の比較対象として、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１を３ｍｍとし、凸球面１４４の半径ＳＲ１２を２．９ｍｍとして有限要素法解析を行った。図６は、第１の比較対象において、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0068】
また、第２の比較対象として、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１を５ｍｍとし、凸球面１４４の半径ＳＲ１２ を４．８２ｍｍとして有限要素法解析を行った。図８は、第２の比較対象において、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0069】
また、第３の比較対象として、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１を６ｍｍとし、凸球面１４４の半径ＳＲ１２ を５．８０ｍｍとして有限要素法解析を行った。図１０は、第３の比較対象において、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0070】
また、第４の比較対象として、弁体１４とダイアフラム部材１５とが、フラットな面同士で接触するものとして有限要素法解析を行った。図１２は、第４の比較対象において、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面に発生する応力について有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0071】
これらの解析は、弁体１４およびダイアフラム部材１５ともに、材質をＰＴＦＥとし、圧縮コイルばね１６の付勢力により、凸球面１４４が凹球面１５１ｂに押し付けられている状態を想定したものである。そして、カラーバーの長さおよび色の濃淡により発生している応力の値を表している。つまり、カラーバーの長さが長いほど発生している応力が大きく、カラーバーの色が濃いほど発生している応力が大きい。
【0072】
以下に、解析の結果について説明する。本実施形態においては、図４に示すように、中心軸ＣＬ１１近傍および凸球面１４４の外周近傍で応力が高くなっている。この内、凸球面の外周近傍で最大の応力が発生しており、その値は、４．４８Ｍｐａであった。
【0073】
第１の比較対象においては、図６に示すように、中心軸ＣＬ１１近傍で最大の応力が発生しており、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ、応力が低下している。最大の応力値は、７．２８Ｍｐａであった。
【0074】
第２の比較対象においては、図８に示すように、中心軸ＣＬ１１近傍および凸球面１４４の外周近傍で応力が高くなっている。このうち、凸球面の外周近傍で最大の応力が発生しており、その値は、７．６４Ｍｐａであった。
【0075】
第３の比較対象においては、図１０に示すように、中心軸ＣＬ１１近傍および凸球面１４４の外周近傍で応力が高くなっている。このうち、凸球面の外周近傍で最大の応力が発生しており、その値は、８．２７Ｍｐａであった。
【0076】
第４の比較対象においては、図１２に示すように、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ応力が上昇していき、凸球面１４４の外周部で最大の応力が発生している。最大の応力値は、１２．１２Ｍｐａであった。
【0077】
次に、弁体１４とダイアフラム部材１５とが接触（凸球面１４４と凹球面１５１ｂとが接触）したときに発生する軸部１４５の先端面の滑りについて、有限要素法解析を行った結果を説明する。この解析は、上記の応力解析と同様に、弁体１４およびダイアフラム部材１５ともに、材質をＰＴＦＥとし、圧縮コイルばね１６の付勢力により、軸部１４５の先端面がダイアフラム部材１５の受け部１５１ａに押し付けられている状態を想定したものである。
【0078】
図５は、第１の実施形態において、軸部１４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。さらに、上記した第１－第４の比較対象でも、同様に有限要素法解析を行っている。図７は、第１の比較対象において、軸部１４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。図９は、第２の比較対象において、軸部１４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。図１１は、第３の比較対象において、軸部１４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。図１３は、第４の比較対象において、軸部１４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。これらの解析結果は、カラーバーの長さおよび色の濃淡により発生している滑り量を表している。つまり、カラーバーの長さが長いほど滑り量が大きく、カラーバーの色が濃いほど滑り量が大きい。また、カラーバーの延伸する向きが滑りの方向を表しており、カラーバーが軸部１４５の側に延伸している箇所は、中心軸ＣＬ１１側への滑り（内向きの滑り）が発生していることを表し、カラーバーが中央部１５１の側に延伸している箇所は、中心軸ＣＬ１１側とは反対側への滑り（外向きの滑り）が発生していることを表している。なお、以下、内向きの滑り量は正の値、外向きの滑り量は負の値として説明するが、滑り量の大小は絶対値により判断する。つまり、例えば、滑り量０．３μｍと滑り量－０．５μｍを比較する場合、－０．５μｍの方が滑り量が大きいと判断される。
【0079】
以下に、解析の結果について説明する。本実施形態においては、図５に示すように、中心軸ＣＬ１１側から、外向きの滑り、内向きの滑り、外向きの滑り、内向きの滑りが交互に分布しており、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ、滑り量は大きくなっている。発生している滑り量の範囲は、－０．０５２～０．０９４μｍであり、平均的には内向きの滑りが発生している。
【0080】
第１の比較対象においては、図７に示すように、全体として内向きの滑りが発生している。滑り量は、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ大きくなり、中心軸ＣＬ１１と外周との中間位置よりも外周寄りの部分で最大値となっている。そして、その最大値の部分を超えると、外周に向かうにつれ滑り量が小さくなっている。発生している滑り量の範囲は、０～０．７μｍである。
【0081】
第２の比較対象においては、図９に示すように、全体として外向きの滑りが発生している。滑り量は、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ大きくなり、中心軸ＣＬ１１と軸部１４５外周との中間位置の近傍で最大値となっている。そして、その最大値の部分を超えると、外周に向かうにつれ滑り量が小さくなっている。発生している滑り量の範囲は、－０．３３～０μｍである。
【0082】
第３の比較対象においては、図１１に示すように、全体として外向きの滑りが発生している。滑り量は、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ大きくなり、中心軸ＣＬ１１と外周との中間位置よりも外周寄りの部分で最大値となっている。そして、その最大値の部分を超えると、外周に向かうにつれ滑り量が小さくなっている。発生している滑り量の範囲は、－０．８６～０μｍである。
【0083】
第４の比較対象においては、図１３に示すように、全体として外向きの滑りが発生している。滑り量は、中心軸ＣＬ１１から離れるにつれ大きくなり、外周部の近傍で最大値となっている。発生している滑り量の範囲は、－５．７６～０μｍである。
【0084】
以上の解析の結果をまとめたのが、図１４および図１５に示すグラフである。図１４は、有限要素法解析による最大応力値を比較するグラフである。縦軸は最大応力値を示しており、横軸は凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１の値を示している。
【0085】
凹球面ＳＲの値が２ｍｍというのは、従来技術に係るレギュレータ５０（図２８参照）による解析結果を示している。レギュレータ５０の、軸部５１１の先端面５１２（凸球面）と、ダイアフラム部材５７の受け部５７１（凹球面）の接触している箇所に発生している最大応力値は、１０．９２ＭＰａである。
【0086】
凹球面ＳＲの値が３ｍｍというのは、第１の比較対象による解析結果を示している。最大応力値は７．２８Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、６７％程度の値である。
【0087】
凹球面ＳＲの値が４ｍｍというのは、本実施形態による解析結果を示している。最大応力値は４．４８Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、半分以下の値である。
【0088】
凹球面ＳＲの値が５ｍｍというのは、第２の比較対象による解析結果を示している。最大応力値は７．６４Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、７０％程度の値である。
【0089】
凹球面ＳＲの値が６ｍｍというのは、第３の比較対象による解析結果を示している。最大応力値は８．２７Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、７６％程度の値である。
【0090】
凹球面ＳＲの値が∞というのは、フラットであることを意味しており、第４の比較対象による解析結果を示している。最大応力値は１２．１２Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０よりも高い値となっている。
【0091】
図１５は、有限要素法解析による滑り量の範囲を比較するグラフである。縦軸は滑り量を示しており、横軸は凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１の値を示している。
【0092】
凹球面ＳＲの値が２ｍｍというのは、従来技術に係るレギュレータ５０（図２８参照）による解析結果を示している。軸部５１１の先端面に生じる滑り量の範囲は、０～２．９μｍであり、内向きの滑りが発生している。
【0093】
凹球面ＳＲの値が３ｍｍというのは、第１の比較対象による解析結果を示している。軸部１４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、０～０．７μｍであり、内向きの滑りが発生している。また、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の２４％程度になっている。
【0094】
凹球面ＳＲの値が４ｍｍというのは、本実施形態による解析結果を示している。軸部１４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－０．０５２～０．０９４μｍであり、平均的には内向きの滑りが発生している。また、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の３％程度になっている。
【0095】
凹球面ＳＲの値が５ｍｍというのは、第２の比較対象による解析結果を示している。軸部１４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－０．３３～０μｍであり、外向きの滑りが発生している。また、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の１１％程度になっている。
【0096】
凹球面ＳＲの値が６ｍｍというのは、第３の比較対象による解析結果を示している。軸部１４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－０．８６～０μｍであり、外向きの滑りが発生している。また、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の３０％程度になっている。
【0097】
凹球面ＳＲの値が∞というのは、フラットであることを意味しており、第４の比較対象による解析結果を示している。軸部１４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－５．７６～０μｍであり、外向きの滑りが発生している。また、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来よりも大きくなっている。
【0098】
以上の解析結果を基に、弁体１４およびダイアフラム部材１５の材質であるＰＴＦＥの圧縮強さが約１０ＭＰaであることを考慮すれば、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１が３－５ｍｍであることが、最大応力値が１０Ｍｐａよりも小さくなるために望ましく、公差を考慮すれば、半径ＳＲ１１は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の２０％の値を足した値以下、であることが望ましい。なお、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１が６ｍｍである場合、最大応力値のみ比較すれば、半径ＳＲ１１が３ｍｍの場合および５ｍｍの場合と大差がないが、軸部１４５の先端面に生じる外向きの滑り量が大きい点が好ましくない。なぜならば、内向きの滑りは、軸部１４５の軸心の調心効果があるのに対し、外向きの滑りは、軸部１４５の軸心がぶれる原因になるおそれがあるからである。
【0099】
また、ＰＴＦＥの圧縮強さは、高温雰囲気下（例えば、制御流体の温度である９０℃）では約５ＭＰａであると考えられているため、このことを考慮すれば、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１が、軸部１４５の直径Ｄ１１の値と同一である４ｍｍであることが最も望ましく、公差を考慮すれば、半径ＳＲ１１は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の１０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の１０％の値を足した値以下、であることが望ましい。
【0100】
滑り量低減のメカニズムは、以下の通りであると考えられる。図３１は、第１の実施形態において、弁体１４とダイアフラム部材１５とが接触したときに、弁体１４とダイアフラム部材１５に働く力について説明する図である。図３２は、従来技術において、弁体５１とダイアフラム部材５７とが接触したときに、弁体５１とダイアフラム部材５７に働く力について説明する図である。なお、図３１、図３２ともに、説明を分かりやすくするため、弁体１４，５１と、ダイアフラム部材１５，５７とを分離して図示している。
【0101】
互いに接触するダイアフラム部材５７と弁体５１とには、圧縮コイルばね５８（図２８参照）の付勢力Ｆ３１および付勢力Ｆ３１に対する反力Ｆ３２が働く。
【0102】
ダイアフラム部材５７には、圧縮コイルばね５８の付勢力Ｆ３１およびその反力Ｆ３２により、上下方向の圧縮力Ｆ３３が働く。この圧縮力Ｆ３３により、ダイアフラム部材５７には、中心軸ＣＬ５１を中心として、半径方向外側に広がろうとする力Ｆ３４が発生する。さらに、受け部５７１の表面（中心軸ＣＬ５１から距離Ｘの箇所）では、軸部５１１が接触することによる反力Ｆ３５が発生しており、この反力Ｆ３５が分解され、接線方向の力Ｆ３６が発生する。この力Ｆ３６は、受け部５７１が、中心軸ＣＬ５１を中心として半径方向外側に広がろうとする力になる。
【0103】
また、弁体５１の軸部５１１には、圧縮コイルばね５８の付勢力Ｆ３１およびその反力Ｆ３２により、上下方向の圧縮力Ｆ３７が働く。この圧縮力Ｆ３７により、軸部５１１には、中心軸ＣＬ５１を中心として、半径方向外側に広がろうとする力Ｆ３８が発生する。さらに、軸部５１１の先端面５１２（中心軸ＣＬ５１から距離Ｘの箇所）では、受け部５７１に対する接触力Ｆ３９が発生しており、この接触力Ｆ３９が分解され、接線方向の力Ｆ４０が発生する。この力Ｆ４０は、軸部５１１の先端面５１２が、中心軸ＣＬ５１を中心として半径方向内側に収縮しようとする力になる。
【0104】
軸部５１１の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果では、内向きの滑りが発生している（図３０参照）。これは、半径方向外側に広がろうとする力による、受け部５７１および軸部５１１の半径方向外側への変形量よりも、半径方向内側に収縮しようとする力による、軸部５１１の半径方向内側への変形量の方が大きいためであると考えられる。
【0105】
一方、本実施形態おけるレギュレータ１について説明すると、互いに接触するダイアフラム部材１５と弁体１４とには、圧縮コイルばね１６（図１参照）の付勢力Ｆ１１および付勢力Ｆ１１に対する反力Ｆ１２が働く。
【0106】
ダイアフラム部材１５には、圧縮コイルばね１６の付勢力Ｆ１１およびその反力Ｆ１２により、上下方向の圧縮力Ｆ１３が働く。この圧縮力Ｆ１３により、ダイアフラム部材１５には、中心軸ＣＬ１１を中心として、半径方向外側に広がろうとする力Ｆ１４が発生する。さらに、受け部１５１ａの凹球面１５１ｂ（中心軸ＣＬ５１から距離Ｘの箇所）では、軸部１４５が接触することによる反力Ｆ１５が発生しており、この反力Ｆ１５が分解され、接線方向の力Ｆ１６が発生する。この力Ｆ１６は、受け部１５１ａが、中心軸ＣＬ１１を中心として半径方向外側に広がろうとする力になる。
【0107】
また、弁体１４の軸部１４５には、圧縮コイルばね１６の付勢力Ｆ１１およびその反力Ｆ１２により、上下方向の圧縮力Ｆ１７が働く。この圧縮力Ｆ１７により、軸部１４５には、中心軸ＣＬ１１を中心として、半径方向外側に広がろうとする力Ｆ１８が発生する。さらに、軸部１４５の先端面である凸球面１４４（中心軸ＣＬ１１から距離Ｘの箇所）では、受け部１５１ａに対する接触力Ｆ１９が発生しており、この接触力Ｆ１９が分解され、接線方向の力Ｆ２０が発生する。この力Ｆ２０は、軸部１４５の凸球面１４４が、中心軸ＣＬ１１を中心として半径方向内側に収縮しようとする力になる。
【0108】
軸部１４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果では、平均的には内向きの滑りが発生している（図５参照）。これは、半径方向外側に広がろうとする力による、受け部１５１ａおよび軸部１４５の半径方向外側への変形量よりも、半径方向内側に収縮しようとする力による、軸部１４５の半径方向内側への変形量の方が大きいためであると考えられる。
【0109】
しかし、その滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の３％程度になっている。滑り量の大きさが大きく低減されている。これは、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ１１を軸部１４５の直径Ｄ１１を、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の２０％の値を足した値以下、もしくは、軸部１４５の直径ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の１０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の１０％の値を足した値以下、とすることで、凹球面１５１ｂに生じる反力Ｆ１５が、凹球面１５１ｂに対して垂直に近い角度になったために、半径方向外側に広がろうとする力が低減され、かつ、凸球面１４４に生じる接触力Ｆ１９が、凸球面１４４に対して垂直に近い角度になったために、半径方向内側に縮小しようとする力が低減されたためである。半径方向の力が低減されることで、半径方向の変形量が低減され、これが滑り量の低減につながっている。
【0110】
以上説明したように、本実施形態に係るレギュレータ１は、
（１）弁体１４が収容される上流側流体室１１３と、上流側流体室１１３の下流側に位置する下流側流体室１１６ａと、上流側流体室１１３と下流側流体室１１６ａとを連通させる弁孔１１４と、弁孔１１４の外周に沿って設けられ、弁体１４が当接離間する環状弁座１１５と、下流側流体室１１６ａに収容され、操作エアの圧力に応じて、当接離間方向に沿って位置を変えるダイアフラム部材１５と、を備え、弁体１４は、当接離間の方向に沿って、上流側流体室１１３から、弁孔１１４を通じて、下流側流体室１１６ａまで延在する、円柱状の軸部１４５を備え、軸部１４５は、ダイアフラム部材１５の、軸部１４５の先端面を受ける受け部１５１ａに分離可能に遊嵌され、弁体１４の、ダイアフラム部材１５の側の反対側に、弁体１４に対して環状弁座１１５に当接する方向に付勢力を与える付勢手段（例えば圧縮コイルばね１６）が配設され、操作エアの圧力と、付勢力のバランスにより、弁体１４の開度調整を行うレギュレータ１において、受け部１５１ａは、先端面に対向する部分に、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１上に中心が位置する第１半径（半径ＳＲ１１）により形成された凹球面１５１ｂを備えること、第１半径（半径ＳＲ１１）は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であること、先端面の、凹球面１５１ｂに対向する部分は、第１半径（半径ＳＲ１１）の値から、第１半径（半径ＳＲ１１）の値の２－５％の値を引いた値である第２半径（半径ＳＲ１２）により形成される凸球面１４４であること、を特徴とする。
（１）弁体１４が収容される上流側流体室１１３と、上流側流体室１１３の下流側に位置する下流側流体室１１６ａと、上流側流体室１１３と下流側流体室１１６ａとを連通させる弁孔１１４と、弁孔１１４の外周に沿って設けられ、弁体１４が当接離間する環状弁座１１５と、下流側流体室１１６ａに収容され、操作エアの圧力に応じて、当接離間方向に沿って位置を変えるダイアフラム部材１５と、を備え、弁体１４は、当接離間の方向に沿って、上流側流体室１１３から、弁孔１１４を通じて、下流側流体室１１６ａまで延在する、円柱状の軸部１４５を備え、軸部１４５は、ダイアフラム部材１５の、軸部１４５の先端面を受ける受け部１５１ａに分離可能に遊嵌され、弁体１４の、ダイアフラム部材１５の側の反対側に、弁体１４に対して環状弁座１１５に当接する方向に付勢力を与える付勢手段（例えば圧縮コイルばね１６）が配設され、操作エアの圧力と、付勢力のバランスにより、弁体１４の開度調整を行うレギュレータ１において、受け部１５１ａは、先端面に対向する部分に、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１上に中心が位置する第１半径（半径ＳＲ１１）により形成された凹球面１５１ｂを備えること、第１半径（半径ＳＲ１１）は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であること、先端面の、凹球面１５１ｂに対向する部分は、第１半径（半径ＳＲ１１）の値から、第１半径（半径ＳＲ１１）の値の２－５％の値を引いた値である第２半径（半径ＳＲ１２）により形成される凸球面１４４であること、を特徴とする。
【0111】
上記レギュレータ１によれば、第１半径（半径ＳＲ１１）が、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であるため、弁体１４とダイアフラム部材１５とが接触したときの接触面に発生する応力を１０ＭＰａ以下に抑えることができる。
例えば、弁体１４やダイアフラム部材１５には、耐腐食性の高いＰＴＦＥやＰＦＡ等が選定されるところ、ＰＴＦＥの圧縮強さは約１０ＭＰａ、ＰＦＡの圧縮強さは約１５ＭＰａである。このうち、圧縮強さが低いＰＴＦＥを選定したとしても、上記の通り、接触面に発生する応力を１０ＭＰａ以下に抑えることができるため、弁体１４およびダイアフラム部材１５の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
例えば、弁体１４やダイアフラム部材１５には、耐腐食性の高いＰＴＦＥやＰＦＡ等が選定されるところ、ＰＴＦＥの圧縮強さは約１０ＭＰａ、ＰＦＡの圧縮強さは約１５ＭＰａである。このうち、圧縮強さが低いＰＴＦＥを選定したとしても、上記の通り、接触面に発生する応力を１０ＭＰａ以下に抑えることができるため、弁体１４およびダイアフラム部材１５の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
【0112】
また、上記レギュレータ１によれば、第１半径（半径ＳＲ１１）が、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の２０％の値を引いた値以上であるため、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面における、軸部１４５の滑り量を、最大値で比較したときに、従来の３０％以下に抑えることができる。軸部１４５の滑り量を抑えることで、発塵を抑えることが可能である。
【0113】
以上のように、上記接触面に発生する応力、滑り量を抑えることができれば、接触面において発塵するおそれを低減することができる。これにより、制御流体へのパーティクル混入の防止、ひいては半導体の製造効率の低下を防止することができる。
【0114】
（２）（１）に記載のレギュレータ１において、第１半径（半径ＳＲ１１）は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値に、直径Ｄ１１の値の２０％の値を足した値以下、であること、が好ましい。これにより、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面に発生する応力を確実に１０ＭＰａ以下に抑えることができ、弁体１４およびダイアフラム部材１５の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
【0115】
（３）（２）に記載のレギュレータ１において、第１半径（半径ＳＲ１１）は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値から、直径Ｄ１１の値の１０％の値を引いた値以上、軸部１４５の直径の値に、直径Ｄ１１の値の１０％の値を足した値以下、であること、が好ましい。これにより、弁体１４とダイアフラム部材１５とが接触したときの接触面に発生する応力を５ＭＰａ以下に抑えることが可能である。ＰＴＦＥの圧縮強さは、高温雰囲気下（例えば、制御流体の温度である９０℃）では約５ＭＰａであると考えられているところ、弁体１４とダイアフラム部材１５とが接触したときの接触面に発生する応力を５ＭＰａ以下に抑えることで、高温雰囲気下でも、弁体１４およびダイアフラム部材１５の塑性変形、ひいては破壊や発塵を防止することが可能である。
【0116】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のレギュレータ１において、第２半径（半径ＳＲ１２）は、第１半径（半径ＳＲ１１）の値から、第１半径（半径ＳＲ１１）の値の３－４％の値を引いた値であること、が好ましい。これにより、弁体１４とダイアフラム部材１５との接触面に発生する応力を確実に低減することができる。例えば、第２半径（半径ＳＲ１２）を、第１半径（半径ＳＲ１１）の値から、第１半径（半径ＳＲ１１）の値の２％の値を引いた値よりも大きい値とすると、弁体１４の軸部１４５の、ダイアフラム部材１５の受け部１５１ａの中での自由度が小さくなり、仮に弁体１４が、開閉動作中に傾いた場合に、その傾きを吸収できず、上記接触面に過剰な応力が発生するおそれがある。一方で、第２半径（半径ＳＲ１２）を、第１半径（半径ＳＲ１１）の値から、第１半径（半径ＳＲ１１）の値の４％の値を引いた値よりも小さい値とすると、弁体１４の軸部１４５がダイアフラム部材１５の受け部１５１ａに十分に当接せず、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１がぶれてしまうおそれがある。よって、上記の通り、第２半径（半径ＳＲ１２）は、第１半径（半径ＳＲ１１）の値から、第１半径の値の３－４％の値を引いた値であること、が好ましい。
【0117】
（７）（１）乃至（６）のいずれか１つに記載のレギュレータ１において、受け部１５１ａは、軸部１４５の外周面に対向する筒状壁１５１ｃを備えること、筒状壁１５１ｃと軸部１４５の外周面との間に間隙Ｃ１１を備えること、間隙Ｃ１１の大きさは、軸部１４５の直径Ｄ１１の値の３－５％であること、が好ましい。
【0118】
（７）に記載のレギュレータ１によれば、受け部１５１ａは、軸部１４５の外周面に対向する筒状壁１５１ｃを備えるため、筒状壁１５１ｃによって、軸部１４５の中心軸ＣＬ１１がぶれてしまうことを確実に防止することができる。
【0119】
また、付勢手段（圧縮コイルばね１６）の付勢力により、軸部１４５が受け部１５１ａに押し付けられると、軸部１４５は、圧縮され、軸部１４５の径が太る方向に変形するおそれがあるが、（７）に記載のレギュレータ１によれば、筒状壁１５１ｃと軸部１４５の外周面との間に間隙Ｃ１１を備えるため、軸部１４５の径が圧縮されて太った場合でも、筒状壁１５１ｃと軸部１４５との干渉を防止することができる。干渉を防止することで、軸部１４５と筒状壁１５１ｃとが摩擦して発塵することを防止することができる。ここで、上記の間隙Ｃ１１の大きさは、軸部１４５の直径Ｄ１１の値の３－５％であることが望ましい。間隙Ｃ１１の大きさが、軸部１４５の直径Ｄ１１の５％よりも大きいと軸部１４５の中心軸ＣＬ１１のぶれを確実に防止することができなくなり、軸部１４５の直径Ｄ１１の３％よりも小さいと軸部１４５が圧縮されて太った場合に、筒状壁１５１ｃと干渉するおそれがあるためである。なお、ここでいう間隙Ｃ１１とは、軸部１４５と筒状壁１５１ｃとが同軸上に位置していると仮定し、筒状壁１５１ｃの直径Ｄ１２から軸部１４５の直径Ｄ１１を引いた値を２で割ったものである。
【0120】
（８）（１）乃至（７）のいずれか１つに記載のレギュレータ１において、凸球面１４４の頂点部には、軸部１４５と同軸上に、凹球面１５１ｂに接触しない非接触部１４７が設けられていること、非接触部１４７の直径Ｄ１３は、軸部１４５の直径Ｄ１１の値の１／２０を超えないこと、を特徴とする。
【0121】
凸球面１４４は、切削加工または射出成形等により形成されることが想定される。切削加工によるものである場合、凸球面１４４の頂点部分は、加工速度がゼロになり、バリが発生するおそれがある。バリが発生した状態で凹球面１５１ｂに接触すると、発塵の原因となるおそれがあるため、（７）に記載のレギュレータ１のように、予め凸球面１４４の頂点部分を非接触部１４７としておくことで、発塵を防止することが可能である。また、凸球面１４４を射出成形により形成する場合には、凸球面１４４の表面上にゲートが位置してしまうと、弁体１４とダイアフラム部材１５とが接触したときの接触面に発生する応力および滑り量を抑えるという効果を、十分に得られなくなるおそれがある。そこで、（７）に記載のレギュレータ１のように、凸球面１４４の頂点部分を非接触部１４７としておくことで、上記効果に影響のない非接触部１４７にゲートを設けることができるようになる。ただし、非接触部１４７の直径Ｄ１３は、軸部１４５の直径Ｄ１１の１／２０を超えないことが望ましい。非接触部１４７の直径Ｄ１３が、軸部１４５の直径Ｄ１１の１／２０を超えると、凸球面１４４の表面積がその分狭くなり、却って、上記の応力および滑り量を抑えるという効果が十分に得られなくなるためである。
【0122】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータと異なる点のみ、図１６を用いて説明する。図１６は、第２の実施形態における弁体２４とダイアフラム部材２５との接触部を拡大した図であり、図２に対応した図である。
次に、第２の実施形態に係るレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータと異なる点のみ、図１６を用いて説明する。図１６は、第２の実施形態における弁体２４とダイアフラム部材２５との接触部を拡大した図であり、図２に対応した図である。
【0123】
第２の実施形態に係るレギュレータは、第１の実施形態に係るレギュレータと、受け部および軸部の先端面の形状のみ異なっている。ダイアフラム部材２５の受け部２５１ａは、図１６に示すように、凹球面２５１ｂと、凹球面２５１ｂの外周に設けられる凹曲面２５１ｃと、を備えている。
【0124】
凹球面２５１ｂは、弁体２４の軸部２４５の中心軸ＣＬ２１上の中心位置ＣＰ２１を中心とした角度Ａ１１に示される範囲に設けられている。角度Ａ１１は、中心位置ＣＰ２１を中心として、２４度±１度の範囲であることが望ましい。また、凹球面１５１ｂの半径ＳＲ２１（第１半径）は、軸部２４５の直径Ｄ２１の値から、直径Ｄ２１の値の２０％の値を引いた値以上であることが望ましい。そして、半径ＳＲ２１の上限値は、上記角度Ａ１１と、凹球面１５１ｂと接線連続に設けられる凹曲面２５１ｃの半径ＳＲ２２と、から定まる。本実施形態においては、軸部１４５の直径Ｄ２１が４ｍｍに設定されており、半径ＳＲ２１は、６ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。また、凹球面２５１ｂの範囲は、角度Ａ１１に示される範囲である。
【0125】
凹曲面２５１ｃは、凹球面２５１ｂと接線連続に設けられており、その半径Ｒ２２は、凹球面２５１ｂの半径ＳＲ２１よりも小さい半径に設定されている。具体的には、半径ＳＲ２１の値から、半径ＳＲ２１の値の６０－６５％の値を引いた値であることが望ましい。本実施形態においては、半径Ｒ２２は、２．２ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。
【0126】
上記のような受け部２５１ａに遊嵌される、弁体２４の軸部２４５の先端面は、凹球面２５１ｂに対向する部分に設けられる凸球面２４４と、凸球面２４４の外周かつ凹曲面２５１ｃに対向する部分に設けられる凸曲面２４６と、により形成されている。
【0127】
この凸球面２４４の中心位置は、凸球面２４４と凹球面２５１ｂとが接触した状態において、凹球面２５１ｂの中心位置ＣＰ２１と同一になるように設計されている。また、凸球面２４４の半径ＳＲ２３（第２半径）は、凹球面２５１ｂの半径ＳＲ２１の値から、半径ＳＲ２１の値の２－５％の値を引いた値であることが望ましく、半径ＳＲ２１の値から、半径ＳＲ２１の値の３－４％の値を引いた値であることが更に望ましい。本実施形態においては、凹球面２５１ｂの半径ＳＲ２１が６ｍｍに設定されており、凸球面２４４の半径ＳＲ２３は、５．６ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。
【0128】
凸曲面２４６は、凸球面２４４と接線連続に設けられており、その半径Ｒ２４は、凸球面２４４の半径ＳＲ２３よりも小さい半径に設定されている。具体的には、凸曲面２４６の外周縁における凹曲面２５１ｃとの間隙Ｃ２１（図１７参照）が、初期状態で０．０２以上０．０３以下になるようにすることが望ましい。本実施形態においては、半径Ｒ２４は、２．０５ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。
【0129】
以上のような構成のレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータ１と同様に、有限要素法による解析を行った。図１８は、第２の実施形態において、弁体２４とダイアフラム部材２５との接触面に発生する応力について、有限要素法解析を行った結果を示す図である。また、図１９は、第２の実施形態において、軸部２４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0130】
まず、応力の解析結果について説明する。図１８に示すように、中心軸ＣＬ２１近傍で最大の応力が発生しており、中心軸ＣＬ２１から離れるにつれ、応力が低下している。そして、凸曲面２４６と凸球面２４４とが接線連続に接続されている箇所の近傍で応力が最低値となり、その箇所を過ぎると外周部に向かって応力の値が大きくなっている。最大の応力値は、６．１５Ｍｐａであった。
【0131】
次に、滑り量の解析結果について説明する。図１９に示すように、中心軸ＣＬ２１側では外向きの滑りが発生し、軸部２４５の外周部では内向きの滑りが発生している。発生している滑り量の範囲は、－０．２３５～０．１２２μｍであり、平均的にはやや外向きの滑りとなっている。
【0132】
以上の解析の結果を、従来技術に係るレギュレータ５０および第１の実施形態に係るレギュレータ１の解析結果と比較する。図２６は、各形態における有限要素法解析による最大応力値を比較するグラフである。図２７は、各形態における有限要素法解析による滑り量の範囲を比較するグラフである。
【0133】
図２６に示すように、第２の実施形態における最大応力値は６．１５Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、５６％程度の値である。また、図２７に示すように、第２の実施形態において軸部２４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－０．２３５～０．１２２μｍであり、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の８％程度になっている。以上の結果は、第１の実施形態に係るレギュレータ１に比べると、応力値、滑り量ともに、やや大きくなっているが、従来技術に係るレギュレータ５０に比すれば、応力値の緩和、滑り量の緩和が大きく低減されているため、発塵の防止に効果があると言える。
【0134】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータと異なる点のみ、図２０を用いて説明する。図２０は、第３の実施形態における弁体３４とダイアフラム部材３５との接触部を拡大した図であり、図２に対応した図である。
次に、第３の実施形態に係るレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータと異なる点のみ、図２０を用いて説明する。図２０は、第３の実施形態における弁体３４とダイアフラム部材３５との接触部を拡大した図であり、図２に対応した図である。
【0135】
第３の実施形態に係るレギュレータは、第１の実施形態に係るレギュレータと、受け部および軸部の先端面の形状のみ異なっている。ダイアフラム部材３５の受け部３５１ａは、図２０に示すように、凹球面３５１ｂと、凹球面３５１ｂの外周に設けられる第１フラット面３５１ｃと、を備えている。
【0136】
凹球面３５１ｂの中心位置ＣＰ３１は、弁体３４の軸部３４５の中心軸ＣＬ３１上に位置するように設計されている。また、凹球面３５１ｂの半径ＳＲ３１（第１半径）は、軸部３４５の直径Ｄ３１の値から、直径Ｄ３１の値の２０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部３４５の直径Ｄ３１の値に、直径Ｄ３１の値の２０％の値を足した値以下、であることが望ましく、軸部３４５の直径Ｄ３１の値から、直径Ｄ３１の値の１０％の値を引いた値以上であり、かつ、軸部３４５の直径Ｄ３１の値に、直径Ｄ３１の値の１０％の値を足した値以下、であることが更に望ましい。本実施形態においては、軸部３４５の直径Ｄ３１が４ｍｍに設定されており、半径ＳＲ３１は、４ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。また、凹球面３５１ｂの範囲は、角度Ａ２１に示される範囲である。角度Ａ２１は、中心位置ＣＰ３１を中心として、４０度±１度であることが望ましい。
【0137】
第１フラット面３５１ｃは、凹球面３５１ｂの接線上に設けられており、軸部３４５の中心軸ＣＬ３１に対する角度Ａ３１が、７０度とされている。なお、この角度Ａ３１は、半径ＳＲ３１の大きさが、上記した範囲に入るよう、適宜設定される。
【0138】
上記のような受け部３５１ａに遊嵌される、弁体３４の軸部３４５の先端面は、凹球面３５１ｂに対向する部分に設けられる凸球面３４４と、凸球面３４４の外周かつ第１フラット面３５１ｃに対向する部分に設けられる第２フラット面３４６と、により形成されている。
【0139】
この凸球面３４４の中心位置は、凸球面３４４と凹球面３５１ｂとが接触した状態において、凹球面３５１ｂの中心位置ＣＰ３１と同一になるように設計されている。また、凸球面３４４の半径ＳＲ３３（第２半径）は、凹球面３５１ｂの半径ＳＲ３１の値から、半径ＳＲ３１の値の２－５％の値を引いた値であることが望ましく、半径ＳＲ３１の値から、半径ＳＲ３１の値の３－４％の値を引いた値であることが更に望ましい。本実施形態においては、凹球面３５１ｂの半径ＳＲ３１が４ｍｍに設定されており、凸球面３４４の半径ＳＲ３３は、３．８５ｍｍに設定されている。なお、ここに挙げている数値はあくまでも一例である。
【0140】
第２フラット面３４６は、凸球面３４４の接線上に設けられており、軸部３４５の中心軸ＣＬ３１に対する角度Ａ３２が、６９．２５度とされている。なお、この角度Ａ３２は、角度Ａ３１よりも小さくなるよう、かつ、半径ＳＲ３３の大きさが、上記した範囲に入るよう、適宜設定される。
【0141】
以上のような構成のレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータ１と同様に、有限要素法による解析を行った。図２１は、第３の実施形態において、弁体３４とダイアフラム部材３５との接触面に発生する応力について、有限要素法解析を行った結果を示す図である。また、図２２は、第３の実施形態において、軸部３４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0142】
まず、応力の解析結果について説明する。図２１に示すように、中心軸ＣＬ３１近傍および軸部３４５の外周近傍で応力が高くなっている。このうち、軸部３４５の外周近傍で最大の応力が発生しており、その値は、６．８２Ｍｐａであった。
【0143】
次に、滑り量の解析結果について説明する。図２２に示すように、全体的に外向きの滑りが発生しており、中心軸ＣＬ３１から離れるにつれ、滑り量が大きくなっている。発生している滑り量の範囲は、－０．３１１～０．０４５μｍである。
【0144】
以上の解析の結果を、従来技術に係るレギュレータ５０および第１の実施形態に係るレギュレータ１の解析結果と比較する。
【0145】
図２６に示すように、第３の実施形態における最大応力値は６．８２Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、６３％程度の値である。また、図２７に示すように、第２の実施形態において軸部３４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－０．３１１～０．０４５μｍであり、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の１１％程度になっている。以上の結果は、第１の実施形態に係るレギュレータ１に比べると、応力値、滑り量ともに、やや大きくなっているが、従来技術に係るレギュレータ５０に比すれば、応力値の緩和、滑り量の緩和が大きく低減されているため、発塵の防止に効果があると言える。
【0146】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係るレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータと異なる点のみ、図２３を用いて説明する。図２３は、第３の実施形態における弁体４４とダイアフラム部材４５との接触部を拡大した図であり、図２に対応した図である。
次に、第４の実施形態に係るレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータと異なる点のみ、図２３を用いて説明する。図２３は、第３の実施形態における弁体４４とダイアフラム部材４５との接触部を拡大した図であり、図２に対応した図である。
【0147】
第１の実施形態に係るレギュレータ１は、受け部１５１ａが軸部１４５の外周面に対向した筒状壁１５１ｃを備えており、軸部１４５の軸心がぶれてしまうことを確実に防止可能となっている。しかし、必ずしも筒状壁１５１ｃを設ける必要はなく、例えば図２３に示すように、筒状壁１５１ｃは設けずに、弁体４４の軸部４４５の先端面の凸球面４４４と、ダイアフラム部材４５受け部４５１ａの凹球面４５１ｂとを当接させる構成としても良い。この場合、軸部４４５の先端部には、その他の部分よりも径を太くした太径部４４６が設けられている。太径部４４６が設けられることで、凸球面４４４の幅Ｗ１１が、凹球面４５１ｂの幅Ｗ１２よりも大きくなっており、これにより、軸部の軸心のぶれを吸収可能なようにしている。なお、凸球面４４４の半径ＳＲ４２および凹球面４５１ｂの半径ＳＲ４１は、第１の実施形態と同様である。
【0148】
以上のような構成のレギュレータについて、第１の実施形態に係るレギュレータ１と同様に、有限要素法による解析を行った。図２４は、第４の実施形態において、弁体４４とダイアフラム部材４５との接触面に発生する応力について、有限要素法解析を行った結果を示す図である。また、図２５は、第４の実施形態において、軸部４４５の先端面の滑りについて有限要素法解析を行った結果を示す図である。
【0149】
まず、応力の解析結果について説明する。図２４に示すように、中心軸ＣＬ３１近傍で最大の応力が発生しており、中心軸ＣＬ４１から離れるにつれ、応力が低下している。そして、凸球面４４４と凹球面４５１ｂとが接触している部分の最外周部で、応力の上昇がみられる。最大の応力値は、４．４７Ｍｐａであった。
【0150】
次に、滑り量の解析結果について説明する。図２５に示すように、中心軸ＣＬ４１近傍では、内向きの滑りが発生しており、凹球面４５１ｂの外周側では、外向きの滑り量が大きくなっている。発生している滑り量の範囲は、－０．１６０～０．１２８μｍである。
【0151】
以上の解析の結果を、従来技術に係るレギュレータ５０および第１の実施形態に係るレギュレータ１の解析結果と比較する。
【0152】
図２６に示すように、第４の実施形態における最大応力値は４．４７Ｍｐａであり、従来技術に係るレギュレータ５０に比して、４１％程度の値である。また、図２７に示すように、第２の実施形態において軸部４４５の先端面に生じる滑り量の範囲は、－０．１６０～０．１２８μｍであり、滑り量の大きさは、最大値で比較した場合に、従来の５％程度になっている。以上の結果は、第１の実施形態に係るレギュレータ１に比べると、応力値、滑り量ともに同等であり、発塵の防止に効果があると言える。
【0153】
なお、上記の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、軸部１４５の先端面の非接触部１４７は、もみ穴１４６により形成されるものとしているが、凸球面１４４の頂点部をフラット面にすることで、非接触部１４７を設けても良い。また、上記の実施形態においては、弁体１４およびダイアフラム部材１５の材質をＰＴＦＥとして説明しているが、これに限定されるものでなく、その他のフッ素系合成樹脂（例えばＰＦＡ）であっても、同様に発塵を抑えることが可能である。
【符号の説明】
【0154】
１ レギュレータ
１４ 弁体
１５ ダイアフラム部材
１６ 圧縮コイルばね（付勢手段の一例）
１１３ 上流側流体室
１１４ 弁孔
１１５ 環状弁座
１１６ａ 下流側流体室
１４４ 凸球面
１４５ 軸部
１５１ａ 受け部
１５１ｂ 凹球面
１４ 弁体
１５ ダイアフラム部材
１６ 圧縮コイルばね（付勢手段の一例）
１１３ 上流側流体室
１１４ 弁孔
１１５ 環状弁座
１１６ａ 下流側流体室
１４４ 凸球面
１４５ 軸部
１５１ａ 受け部
１５１ｂ 凹球面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】