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公開番号2025121681
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2024017288
出願日2024-02-07
発明の名称流体制御弁
出願人CKD株式会社
代理人弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
主分類F16K 1/32 20060101AFI20250813BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】開閉動作の高速化を可能とする流体制御弁を提供すること。
【解決手段】弁座33と、弁座33に当接または離間をするダイアフラム部材34と、弁座33に最も近づいてダイアフラム部材34を弁座33に当接させる下限位置と、弁座33から最も離間する上限位置と、の間で動作し、ダイアフラム部材34に対し、少なくとも当接をする方向の駆動力を伝える駆動軸22と、駆動力を発生するために、駆動軸22を下限位置の側に付勢するスプリング部4Aと、を備える流体制御弁1Aにおいて、スプリング部4Aは、駆動軸22を下限位置の側に常時付勢する第1圧縮コイルばね42と、駆動軸22が、下限位置と上限位置との間の所定位置と、上限位置と、の間にあるとき、駆動軸22を下限位置の側に付勢する第2圧縮コイルばね43と、を備えること。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
弁座と、
前記弁座に当接または離間をする弁体と、
前記弁座に最も近づいて前記弁体を前記弁座に前記当接をさせる第１位置と、前記弁座から最も離間する第２位置と、の間で動作し、前記弁体に対し、少なくとも前記当接をする方向の駆動力を伝える駆動軸と、
前記駆動力を発生するために、前記駆動軸を前記第１位置の側に付勢する付勢部と、
を備える流体制御弁において、
前記付勢部は、
前記駆動軸を前記第１位置の側に常時付勢する第１付勢部材と、
前記駆動軸が、前記第１位置と前記第２位置との間の所定位置と、前記第２位置と、の間にあるとき、前記駆動軸を前記第１位置の側に付勢する第２付勢部材と、
を備えること、
を特徴とする流体制御弁。
続きを表示（約 330 文字）【請求項２】
請求項１に記載の流体制御弁において、
前記所定位置は、前記流体制御弁が所定の容量係数を得ることが可能な弁開度に対応する位置であること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載の流体制御弁において、
制御流体は、ウエハの成膜処理に用いられるプロセスガスであること、
前記所定の容量係数は、前記成膜処理に必要な容量係数であること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の流体制御弁において、
前記所定位置は、前記第２位置に対して６０％以上、前記弁座から離れた位置であること、
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、弁座と、弁座に当接または離間をする弁体と、弁座に最も近づいて弁体を弁座に当接をさせる第１位置と、弁座から最も離間する第２位置と、の間で動作し、弁体に対し、少なくとも当接をする方向の駆動力を伝える駆動軸と、駆動力を発生するために、駆動軸を第１位置の側に付勢する付勢部と、を備える流体制御弁に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程における成膜処理には複数種のプロセスガスが用いられる。このプロセスガスの流量を制御するために、流体制御弁が用いられる。流体制御弁としては、例えば、特許文献１に開示される流体制御弁が知られている。特許文献１に開示される流体制御弁は、エアオペレイト式開閉弁であり、エアシリンダによりダイアフラムと弁座の当接離間動作を制御し、プロセスガスの流量制御を行うものである。
【０００３】
具体的には、図９および図１０を用いて説明する。図９は、従来技術に係る流体制御弁１００の断面図であり、流体制御弁１００の弁閉状態を示している。図１０は、従来技術に係る流体制御弁１００の断面図であり、流体制御弁１００の弁開状態を示している。
【０００４】
まず、流体制御弁１００の弁開動作について説明する。流体制御弁１００は、ノーマルクローズタイプであるので、アクチュエータ部７が動作していない状態では、圧縮コイルばね８２によって、ダイアフラム部材９４が弁座９３に当接した閉弁位置に位置されている（図９参照）。アクチュエータ部７は空圧駆動のエアシリンダ構造であるため、操作エアが、パイロットポート７４からアクチュエータ部７に送給されると、ケース７１内のピストン（不図示）が離間方向（図９，図１０中の上方）に移動する。これに伴い、ピストンと結合する駆動軸７２が同方向に駆動される。ばね受け８３は、駆動軸７２と連結されているので、圧縮コイルばね８２による荷重に抗して上昇する。これにより、ばね受け８３によって押さえつけられていたステム９２が、ダイアフラム部材９４の復元力によって離間方向（図９，図１０中の上方）に上昇する。ダイアフラム部材９４は、図１０に示すように、復元力によって球冠形状に戻り、弁座９３から離間する。これにより、流体制御弁１００は、弁開状態となる。この弁開状態で、プロセスガスは、弁孔９１２から弁室９１１に流入され、次いで、出力流路９１４に出力される。
【０００５】
ここで、圧縮コイルばね８２によって駆動軸７２に負荷される当接方向の荷重について、図４を用いて説明する。図４は、圧縮コイルばねによる荷重とストロークの関係を示したグラフである。より具体的には、グラフ中の破線が、従来技術に係る流体制御弁１００における、圧縮コイルばね８２によって駆動軸７２（ばね受け８３）に負荷される当接方向の荷重と、駆動軸７２のストロークとの関係を表している。なお、ダイアフラム部材９４が、その復元力により、駆動軸７２（ばね受け８３）に対して離間方向に荷重を負荷しているため、ここでいう荷重とは、圧縮コイルばね８２のばね荷重から、ダイアフラム部材９４によって発生する荷重を差し引いた値である。
【０００６】
また、横軸のストロークは、駆動軸７２の位置を表しており、ストローク０％は駆動軸７２が下限位置にあることを意味し、ストローク１００％は駆動軸２２が上限位置にあることを意味する。なお、横軸の括弧内の数値は、流体制御弁１Ａの弁開度を表している。駆動軸２２が下限位置（ストローク０％）であるとき、流体制御弁１Ａは弁閉状態であるため、弁開度は０％である。駆動軸２２がストローク８０％であるとき、ダイアフラム部材３４が球冠状に戻ることで流体制御弁１Ａは弁開度が最大となるため、弁開度は１００％である。また、縦軸の荷重は、駆動軸２２が下限位置（ストローク０％）にあるときの荷重を１００％として表している。
【０００７】
グラフを見れば、駆動軸７２が下限位置から離間方向に移動するにつれ（すなわち、ストロークが増大するにつれ）、駆動軸７２に負荷される荷重が直線的に増大してく。これは、駆動軸７２が離間方向に移動することで、圧縮コイルばね８２が圧縮されていくためである。そして、駆動軸７２が上限位置（ストローク１００％）に到達すると、荷重は２００％に達する。
【０００８】
次に、流体制御弁１００の弁閉動作について説明する。流体制御弁１００が弁開状態にあるときに、パイロットポート７４への操作エアの送給が停止され、パイロットポート７４から操作エアが排出されると、圧縮コイルばね８２による荷重（図４：荷重２００％）によって、ばね受け８３は当接方向（図９，１０中の下方）に駆動される。ばね受け８３は、ステム９２を押圧することで同方向に移動させる。ステム９２の移動に伴い、ダイアフラム部材９４は変形されて弁座９３に当接する。ダイアフラム部材９４が弁座９３に当接すると、流体制御弁１が、図９に示すように、弁閉状態となる。弁閉状態では、ダイアフラム部材９４と弁座９３との間がシールされ、プロセスガスの弁孔９１２から弁室９１１への流れが遮断される。つまり、流体制御弁１００は、圧縮コイルばね８２による荷重（図４：荷重２００％）によって弁閉の動作が開始され、かつ、圧縮コイルばね８２による荷重（図４：荷重１００％）によって弁閉時のシールが保たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１７－２２３３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年進んでいる半導体の微細化に伴い、流体制御弁の開閉動作の高速化が望まれている。開閉動作の高速化のためには、圧縮コイルばねによる荷重が、弁開動作の際の荷重は可能な限り低いこと、弁閉動作の際の荷重は可能な限り高いことが望ましい。その理由は以下の通りである。
（【００１１】以降は省略されています）

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