流体制御弁
【課題】流路面積を大きくすること、及び、流体の流れの妨げとなる部分をなくすこと。
【解決手段】
第１流路２１と第２流路２２を備える樹脂製弁本体２と、樹脂製弁本体２の上面に連結される樹脂製弁上体３と、樹脂製弁本体２と樹脂製弁上体３との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体４とを備えること、第１流路２１は、一端が第１ポート２３に連通する円筒状の第１ポート連通流路２１ａと他端が弁孔１６に連通する円筒状の第１弁孔連通流路２１ｂとを備え、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂが連通すること、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂとの内角側の連結部にテーパ曲面２１ｃを成形する。
【解決手段】
第１流路２１と第２流路２２を備える樹脂製弁本体２と、樹脂製弁本体２の上面に連結される樹脂製弁上体３と、樹脂製弁本体２と樹脂製弁上体３との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体４とを備えること、第１流路２１は、一端が第１ポート２３に連通する円筒状の第１ポート連通流路２１ａと他端が弁孔１６に連通する円筒状の第１弁孔連通流路２１ｂとを備え、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂが連通すること、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂとの内角側の連結部にテーパ曲面２１ｃを成形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、樹脂製弁本体と樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備える流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、図１１に示す下記の特許文献１に記載された流体制御弁１００がある。
図１１に示すように、流体制御弁１００は、弁室１１３が成形されており弁室１１３には、第１流路１２１及び第２流路１２２が連通している。第１流路１２１及び第２流路１２２は、図示しない流体を供給するチューブと連通している。弁室１１３と第１流路１２１が連通する周辺部には弁座１１５が形成されており、弁座１１５に対して当接離間可能なダイアフラム弁体１０４が成形されている。第１流路１２１は、第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂを有する。第１流路１２１及び第２流路１２２は、流体制御弁１００内部で直角に連結している。第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂと連結部のうち弁座１１５の下部には弁座肉部１２５が成形されている。
チューブを介して第１流路１２１を流れた流体は、弁室１１３を流れ第２流路１２２へと流入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下の課題があった。
すなわち、流体制御弁１００に流体を流す場合と、流体制御弁１００に連通するチューブに流体を流す場合とでは流路内径が同じであるにも関わらず、流体制御弁１００の方が流路構造が複雑なため圧力損失が大きい。そのため、流体の流れが悪くなりＣｖ値が低下し流量が少なくなるため問題となる。
また、流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有するが、第１流路１２１から第２流路１２２へ向かう途中の流路には弁座肉部１２５が形成されているため流路が曲がり長くなり流れの妨げとなる。それにより、流体の流れが悪くなりＣｖ値が低下し流量が小さくなることも問題となる。
また、流体は流れの妨げとなる弁座肉部１２５にぶつかり流体に乱流が生じる。乱流は主流以外のその他の流体の流れの妨げとなりＣｖ値を低下させる原因となるため問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は流路面積を大きくすること、及び、流体の流れの妨げとなる部分をなくして流れを直線的にすること、により流体の流れ易さを向上させた流体制御弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様における流体制御弁は、以下の構成を有する。
（１）第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、前記樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、前記樹脂製弁本体と前記樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備えること、前記第１流路は、一端が第１ポートに連通する円筒状の第１ポート連通流路と他端が弁孔に連通する円筒状の第１弁孔連通流路とを備え、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路が連通すること、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路との内角側の連結部にテーパ形状の曲面が成形されていること、が好ましい。
【０００７】
（２）（１）に記載する流体制御弁において、前記テーパ形状の曲面は、回転軌跡が円錐状である切削加工工具により成形されたものであること、が好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
上記流体制御弁の作用及び効果について説明する。
（１）第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、前記樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、前記樹脂製弁本体と前記樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備えること、前記第１流路は、一端が第１ポートに連通する円筒状の第１ポート連通流路と他端が弁孔に連通する円筒状の第１弁孔連通流路とを備え、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路が連通すること、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路との内角側の連結部にテーパ形状の曲面が成形されていることにより、第１流路の流路面積を大きくすることができる。流路面積を大きくすることによりＣｖ値の低下を防止でき流量を増大することができる。すなわち、連結部にテーパ形状の曲面が成形されることにより、第１ポート連通流路と第１弁孔連通流路との間に、斜め形状の流路が追加成形される。それにより、斜め形状の流路が追加成形されることによりその分だけ流路面積が大きくなるため、流量を多くすることができるのである。
また、連結部にテーパ形状の曲面が成形されることにより、第１流路内に流体の流れの妨げとなる部分がなくなる。そのため、第１流路から第２流路への流路が直線に近くなり実質的な流路長さが短くなり流体がスムーズに流れる。そのためＣｖ値の低下を防止することができ流量を増大させることができる。また、第１流路内に流体の流れの妨げとなる部分がないことにより、流体が弁座肉部にぶつかり発生する乱流が少なくなる。乱流が少なくなることにより、Ｃｖ値を低下させることを防止することができる。
また、テーパ形状の曲面の傾斜角度を調整し、流体が第１流路から第２流路に直接流れる向きを成形して第１流路から第２流路への流路が直線に近くすることができる。そのため、第１流路から流れる流体の勢いをそのままに第２流路へ流体を流すことができＣｖ値の低下を防止することができる。
また、流体制御弁を現状より大きくすることなく流量を増やすことができるため、省エネルギーにつながる。
【０００９】
（２）（１）に記載する流体制御弁において、テーパ形状の曲面は、回転軌跡が円錐状である切削加工工具により成形されたものであることにより、連結部にテーパ形状の曲面を成形することができる。また、テーパ形状の曲面と同じ形状の切削加工工具を使用することにより容易に連結部に狙った傾斜角度のテーパ形状の曲面を成形することができる。すなわち、樹脂製の流体制御弁にテーパ形状の曲面を成形するために、複雑な追加加工等を必要としないため、容易に連結部にテーパ形状を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る流体制御弁(閉弁時)の断面図である。
【図２】本実施形態に係る流体制御弁(開弁時)の断面図である。
【図３】本実施形態に係る流体制御弁(１)の流体解析結果におけるイメージ図である。
【図４】本実施形態に係る流体制御弁(２)の流体解析結果におけるイメージ図である。
【図５】従来技術に係る流体制御弁の流体解析結果におけるイメージ図である。
【図６】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(１)の断面斜視図である。
【図７】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(２)の断面斜視図である。
【図８】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(３)の断面斜視図である。
【図９】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(４)の断面斜視図である。
【図１０】本実施形態に係る切削加工工具の側面図である。
【図１１】従来技術に係る流体制御弁の断面図である。
【図１２】本実施形態に係る切削加工工具の変形実施形態（１）の正面図である。
【図１３】本実施形態に係る図１２に示す切削加工工具の変形実施形態（１）の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る流体制御弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。
＜流体制御弁の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る流体制御弁１の断面図(閉弁時)を示す。図２は、本実施形態に係る流体制御弁１の断面図(開弁時)を示す。
図１及び図２に示す流体制御弁１は、従来技術と同様、半導体製造装置に組み付けられ、薬液の供給をする。流体制御弁１は、ノーマルクローズタイプのエアオペレイト式開閉弁である。流体制御弁１は、樹脂製弁本体２の上面に樹脂製弁上体３を連結し、樹脂製弁本体２と樹脂製弁上体３との間にダイアフラム弁体４が狭持されている。流体制御弁１は、樹脂製弁上体３内のピストン３５を摺動させることにより、ダイアフラム弁体４を弁座１５に当接又は離間させる。流体制御弁１は、半導体製造装置に取り付けるための取付板５が樹脂製弁本体２の下面に固設されている。
【００１２】
＜樹脂製弁本体の構成＞
樹脂製弁本体２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（四フッ化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）等、耐腐食性や耐熱性に優れた樹脂を成形したものである。
【００１３】
図１に示すように、樹脂製弁本体２の上面には、弁室１３が円筒状に成形されている。弁室１３は、円形状の第１ポート２３と連通する第１流路２１の一端と円形状の第２ポート２４と連通する第２流路２２の一端が連通している。第１流路２１が弁室１３に開口する部分には弁孔１６が成形されている。弁孔１６の周辺部には、弁座１５が一体成形されている。
【００１４】
第１流路２１は、一端が第１ポート２３に連通する円筒形状の第１ポート連通流路２１ａと他端が弁室１３に連通する円筒形状の第１弁孔連通流路２１ｂを有する。第１ポート連通流路２１ａは第１ポート２３の中心に対して軸心方向に成形されている。他方、第１弁孔連通流路２１ｂは、弁孔１６の軸心方向に成形されている。第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂは、樹脂製弁本体２内部で直角に連結している。図１に示す、第１ポート連通流路２１ａ及び第１弁孔連通流路２１ｂと弁室１３の間には、弁座１５を支持する弁座肉部２５が成形されている。
【００１５】
図１に示すように、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂの連結部のうち弁座肉部２５と接する内角側の面は、断面テーパ形状であるテーパ曲面２１ｃが成形されている。テーパ曲面２１ｃは、弁座肉部２５のうち第１連結角面２５ａ及び第２連結角面２５ｂを結んだ面に成形される。第１連結角面２５ａは、第１弁孔連通流路２１ｂの内角側の側壁面に成形されている。第２連結角面２５ｂは第１ポート連通流路２１ａの内角側の側壁面に成形されている。
【００１６】
＜テーパ曲面の成形方法＞
図６乃至図９に樹脂製弁本体２におけるテーパ曲面２１ｃの成形工程(１)〜(４)の断面斜視図を示す。
テーパ曲面２１ｃの成形方法は、図６に示すテーパ曲面２１ｃが成形されていない状態の樹脂製弁本体２に対してテーパ曲面２１ｃを成形する工程である。図６に示すテーパ曲面２１ｃを成形するまでの樹脂製弁本体２の成形方法は従来と変わるところがないため説明を割愛する。
【００１７】
図７に示すように、切削加工工具５０を弁室１３の弁室開口部１３１から軸心Ｔ方向に対して第１弁孔連通流路２１ｂに挿入するように垂直中心方向に下降させる。切削加工工具５０のテーパ部５２１の中心が連結角面２１ｄと同じ高さの位置まで下降したところで下降を止め図７の位置に位置させる。本実施形態においては、切削加工工具５０を下降させる際に切削加工工具５０を軸心Ｔに対して時計回りに回転させながら下降させている。本実施形態においては、切削加工工具５０を下降させる際に回転させることにしたが、例えば、回転させずに下降させることもできる。
【００１８】
図１０に切削加工工具５０の側面図を示す。図１０に示すように、切削加工工具５０は、シャフト５１とシャフト５１の先端部に固設された切削部５２を有する。切削部５２は略円錐形状をなし、テーパ部５２１、底面５２２とＲ面５２３を有する。テーパ部５２１には、切削加工が可能な刃物形状となっている。テーパ部５２１の傾斜角度は、本実施形態においては底面５２２に対して４５度の形状である。略円錐形状である切削部５２の径には、シャフト５１に近い部分から径の小さい径Ａ、径が最も大きい径Ｃ、径Ａと径Ｃの中間にある径Ｂがある。径Ｃの大きさは、第１弁孔連通流路２１ｂの径よりも小さい径とする。それにより、切削加工工具５０を第１弁孔連通流路２１ｂに挿入することができる。径Ａの大きさはシャフト５１の径と同じ径である。
【００１９】
図８に示すように、切削加工工具５０のテーパ部５２１を連結角面２１ｄ(図７に示す)に押し当てるように矢印Ｑ方向へ切削加工工具５０を例えば軸心Ｔ方向に時計回りに回転させながら移動させる。図１０に示すように、連結角面２１ｄに対して切削部５２の中心である径Ｂに係る部分が水平に当接するように切削加工工具５０を水平移動させる。テーパ部５２１は切削加工が可能な刃物形状となっているため、角がある連結角面２１ｄを切削することができる。連結角面２１ｄはテーパ部５２１により切削加工される。そのため、本実施形態においては、連結角面２１ｄはテーパ部５２１と同じ角度である４５度のテーパ曲面２１ｃに切削加工される。
なお、本実施形態においては、連結角面２１ｄに対して切削加工工具５０の切削部５２の中心である径Ｂに係る部分が水平に当接するように移動させているが、連結角面２１ｄに当接する切削部５２の部分は適宜変更することができる。
【００２０】
図８の状態から、切削加工工具５０を矢印Ｑ方向の反対方向に移動させて元の位置に戻し、切削加工工具５０を図中軸心Ｔ方向に上昇させることにより切削加工工程を終了する。図９に示すように、切削加工工具５０による切削加工が終了した樹脂製弁本体２は、テーパ曲面２１ｃが成形される。テーパ曲面２１は、切削加工工具５０の切削部５２と同様の形状を有する。
【００２１】
＜樹脂製弁上体の構成＞
図１に示す樹脂製弁上体３は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＦＡ、ＰＰ、ＰＶＤＦ等、耐腐食性や剛性を有する樹脂を材質とする。樹脂製弁上体３は、シリンダ３２とカバー３３とで構成され、ピストン室３４を成形する。樹脂製のピストン３５は、ピストン室３４に摺動可能に装填され、カバー３３との間に縮設される復帰ばね３１により図中弁閉方向に常時付勢されている。ピストン３５は、操作ポート３３ａからピストン室３４に供給される操作エアの圧力と復帰ばね３１の反発力とのバランスに応じて、ピストン室３４を図中上下方向に移動する。ピストン３５には、ピストンロッド３６が一体成形されている。ピストンロッド３６は、ピストン３５に一体的に構成されシリンダ３２に摺動可能に組み込まれ、ダイアフラム弁体４に連結されている。
【００２２】
＜ダイアフラム弁体の構成＞
ダイアフラム弁体４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等、耐腐食性及び耐熱性に優れた樹脂を材質とし、切削により形作られている。ダイアフラム弁体４は、弁座１５に当接又は離間する円柱状の弁体部４ａと、弁体部４ａの外周面に接続する薄膜部４ｂと、薄膜部４ｂの外縁に沿って肉厚に設けられた周縁部４ｃとから構成されている。ダイアフラム弁体４は、周縁部４ｃが樹脂製弁本体２と樹脂製弁上体３との間で挟み込まれて環状溝２６の内壁にシールすることにより固定されている。弁体部４ａには、弁座１５と当接するシール部４１が突起部として成形されている。
【００２３】
＜流体制御弁の作用効果＞
（流体の入力出力）
図１に示すように、流体制御弁１は、第１流路２１に第１ポート２３と第２流路２２に第２ポート２４が接続される。流体制御弁１は、操作ポート３３ａに操作エアが供給されない場合には、復帰ばね３１の付勢力によりダイアフラム弁体４を弁座１５に当接させている。そのため、第１ポート２３から第１流路２１を介して弁孔１６に流入した薬液は、弁座１５においてダイアフラム弁体４に遮断され、第２流路２２から第２ポート２４へ出力されない。
一方、図２に示すように、流体制御弁１は、操作ポート３３ａに操作エアが供給されると、ピストン３５が上昇してダイアフラム弁体４が弁座１５から離間する。そのため、第１ポート２３から第１流路２１に流入した流体は、弁孔１６を介して弁室１３、第２流路２２へ供給され第２ポート２４へ出力される。
【００２４】
（テーパ曲面が成形されていることによる効果）
図３に、流体制御弁(１)の流体解析結果におけるイメージ図を示す。図４に、流体制御弁(２)の流体解析結果におけるイメージ図を示す。図５に、従来技術に係る流体制御弁の流体解析結果におけるイメージ図を示す。
図３乃至図５のイメージ図は、それぞれの流体制御弁に対して流体を流した場合の流速の変化を調べたシミュレーション（模擬実験）結果である。流速の変化は、流速Ｒ１〜Ｒ１１として、点描によって表す。流速の速い流速Ｒ１に近いほど点描の密度が高く、流速の遅い流速Ｒ１１に近いほど点描の密度が低くなるように示す。
【００２５】
（従来技術に係る流体制御弁の流体解析結果）
図５に、従来技術に係る流体制御弁１００の流体解析結果における流速変化の分布図を示す。図５に示すように、流体制御弁１００は、弁室１１３が成形されており弁室１１３には、第１流路１２１及び第２流路１２２が連通している。第１流路１２１は、第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂを有する。第１流路１２１及び第２流路１２２は、流体制御弁１００内部で直角に連結している。図５に示す、第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂと連結部のうち弁座肉部１２５と接する内角側の面には連結曲面１２１ｄが成形されている。
【００２６】
流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有する。そのため、図５に示す流体制御弁１００では、第１流路１２１から第２流路１２２に対して流体が流れるため、第１流路１２１から第２流路１２２へと向かう最短距離を流体が流れる。第１流路１２１から第２流路１２２に流入する最短距離である弁座１１５とダイアフラム弁体１０４との間に流体が集中する。そのため、弁座１１５とダイアフラム弁体１０４の間の領域Ｐ１の流速は流速Ｒ１を含み速い流速で流れる。
【００２７】
また、第１ポート連通流路１２１ａから第１弁孔連通流路１２１ｂへ流れる際には、第２流路１２２へと向かう最短距離である連結曲面１２１ｄ付近に流体が集中する。連結曲面１２１ｄ付近で流体の流速が最も速い部分が領域Ｐ２である。領域Ｐ２の流速は流速Ｒ３を含み速い流速で流れる。領域Ｐ２から領域Ｐ３乃至Ｐ６となるに従って流速も流速Ｒ４乃至Ｒ７と遅くなる。また連結曲面１２１ｄ付近で第２流路１２２へ向かって流れる流体のうち広い領域で流れているのが領域Ｐ５で示す流速Ｒ６である。
【００２８】
（流体制御弁（１）の流体解析結果）
図３に、本実施形態に係る流体制御弁１の流体解析結果における流速変化の分布図を示す。図３に示すように、流体制御弁１は、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂの連結部のうち弁座肉部２５と接する面は、断面テーパ形状である傾斜角度４５度のテーパ曲面２１ｃが成形されている点に特徴を有する。流体制御弁１におけるその他の構成は、上記構成において詳細に説明したため説明を割愛する。
【００２９】
前述したように流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有する。そのため、図３に示す流体制御弁１では、第１流路２１から第２流路２２に対して流体が流れるため、第１流路２１から第２流路２２へと向かう最短距離を流体が流れる。第１流路２１から第２流路２２に流入する最短距離である弁座１５とダイアフラム弁体４との間に流体が集中する。そのため、弁座１５とダイアフラム弁体４の間の領域Ｑ１の流速は流速Ｒ１を含み速い流速で流れる。
【００３０】
また、第１ポート連通流路２１ａから第１弁孔連通流路２１ｂへ流れる際には、第２流路への最短距離であるテーパ曲面２１ｃ付近に流体が集中する。テーパ曲面２１ｃ付近で流体の流速が最も速い部分が領域Ｑ２である。領域Ｑ２の流速は流速Ｒ２を含み速い流速で流れる。図３に示す流体制御弁１においては、従来技術と比較して第１流路２１内にテーパ曲面２１ｃが成形されている。テーパ曲面２１ｃが成形されていることにより、第１流路２１の流路面積が大きくなる。したがって、流速が従来技術と比較して速くなる。また、流量が多くなるためＣｖ値を低下させることを防止することができる。
【００３１】
また、領域Ｑ２においての流速が流速Ｒ２と速くなる理由としては、テーパ曲面２１ｃが成形されることにより、従来技術の第１流路内において流体の流れの妨げとなる図５に示す連結曲面１２１ｄがなくなる。そのため、第１流路２１から第２流路２２へとつながる流路が直線に近くなり実質的な流路長さが短くなり流体がスムーズに流れる。そのためＣｖ値の低下を防止することができ流量を増大させることができる。また、流路が直線に近くなることにより、流体の最短距離を流れる性質を利用して流量を増大させることができる。
さらに、図３に示す実施形態においてはテーパ曲面２１ｃの傾斜角度が４５度に成形されている。傾斜角度が４５度であることによりテーパ曲面２１ｃ付近を流れた流体の進行方向は直接領域Ｑ１へと向かう。流体が領域Ｑ１に直接向かうことにより、第１流路２１を流れた流体の勢いをそのままに第２流路へ流すことができるためＣｖ値の低下を防止することができる。
したがって、流体がスムーズに流れるため流速が速くなりＣｖ値の低下を防止することができる。
【００３２】
また、テーパ曲面２１ｃが成形され、従来技術の第１流路内において流体の流れの妨げとなる図５に示す連結曲面１２１ｄがなくなることにより、流体が連結曲面１２１ｄにぶつかることにより生じていた乱流が生じなくなる。乱流が生じなくなることにより、流体のスムーズな流れを阻害することがなくなりＣｖ値の低下を防止できる。乱流が生じなくなり流体がスムーズに流れるため、領域Ｑ２においての流速が流速Ｒ２と速くなる。
【００３３】
また、領域Ｑ２から領域Ｑ３乃至Ｑ６となるに従って流速も流速Ｒ３乃至Ｒ６と遅くなる。また連結曲面２１ｃ付近で第２流路２２へ向かって流れる流体のうち広い領域で流れているのが領域Ｑ６で示す流速Ｒ６である。したがって、領域Ｐ１以外で最も流速が速い領域である領域Ｐ２においては流速Ｒ２である。また、最も広い領域で流体が流れる領域Ｑ６においては流速Ｒ６である。図５に示す領域Ｐ５と図３に示す領域Ｑ６がともに流速Ｒ６を含む領域である点においては同じであるが、図３に示す流速Ｒ６を含む領域Ｑ６は図５に示す流速Ｒ６を含む領域Ｐ５と比較して大きい面積を有する。すなわち、流速Ｒ６を含む領域Ｑ６においては、第１ポート連通流路２１ａの全域にわたる部分まで広がっている。第１流路２１にテーパ曲面２１ｃが成形されることにより、流体の全体の流れが良くなり流速が速くなるためである。
【００３４】
また、略円錐状の切削加工工具５０によって成形されたテーパ曲面２１ｃは、切削加工工具５０と同様に底面５２２に近いほど切削面積が大きくシャフト５１に近いほど切削面積が小さい。そのため、テーパ曲面２１ｃは、第１ポート連通流路２１ａに近いほうの切削面積が大きく、第１弁孔連通流路２１ｂに近いほうの切削面積が小さい。流体は面積が大きいところから小さいところへと流れる時、流速が上がる。
【００３５】
（流体制御弁（２）の流体解析結果）
図４に、本実施形態に係る流体制御弁１のテーパ曲面２１ｃの傾斜角度を６０度としたテーパ曲面２２１ｃを有する流体制御弁２００の流体解析結果における流速変化の分布図を示す。図４に示すように、流体制御弁２００は流体制御弁１と比較して、テーパ曲面２１ｃの傾斜角度が６０度であること以外異なる点はないため詳細な説明を割愛する。
【００３６】
流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有する。そのため、図４に示す流体制御弁２００では、第１流路２２１から第２流路２２２に対して流体が流れることになり、第１流路２２１から第２流路２２２へと向かう最短距離を流体が流れる。第１流路２２１から第２流路２２２に流入する最短距離である弁座２１５とダイアフラム弁体２０４との間に流体が集中する。そのため、弁座２１５とダイアフラム弁体２０４の間の領域Ｓ１の流速は流速Ｒ１を含み速い流速で流れる。領域Ｓ１に流体が集中し流速Ｒ１となり流速が速いことは上記従来技術と同様である。
【００３７】
また、第１ポート連通流路２２１ａから第１弁孔連通流路２２１ｂへ流れる際には、最短距離であるテーパ曲面２２１ｃ付近に流体が集中する。テーパ曲面２２１ｃ付近で流体の流速が最も速い部分が領域Ｓ２である。領域Ｓ２の流速は流速Ｒ３を含み速い流速で流れる。図４に示す流体制御弁２００においては、従来技術と比較して第１流路２２１内にテーパ曲面２２１ｃが成形されている。テーパ曲面２２１ｃが成形されていることにより、第１流路２２１の流路面積が大きくなる。さらに、流路面積が大きくなる部分が、従来技術における図５に示す流体が集中する第１弁孔連通流路１２１ｂと第１ポート連通流路１２１ａの連結部にあたる第１弁孔連通流路２２１ｂと第１ポート連通流路２２１ａの連結部であるため、流体の流れが良くなる。したがって、流速が従来技術と比較して流速Ｒ３と速い領域の面積が従来技術における図５と比較して大きい面積を有する。
【００３８】
さらに、領域Ｓ２から領域Ｓ３乃至Ｓ６となるに従って流速も流速Ｒ４乃至Ｒ７と遅くなる。また連結曲面２２１ｃ付近で第２流路２２２へ向かって流体のうち広い領域で流れているのが領域Ｓ５で示す流速Ｒ６である。したがって、領域Ｓ１以外で最も流速が速い領域である領域Ｓ２においては流速Ｒ２である。また、最も広い領域で流体が流れる領域Ｓ５においては流速Ｒ６である。最も広い領域で流体が流れる領域Ｓ５において流速Ｒ６を含む点においては、図５に示す従来技術に係る流体制御弁１００の領域Ｐ５と同じであるが、図４に示す流速Ｒ６を含む領域Ｓ５は、図５に示す流速Ｒ６を含む領域Ｐ５と比較して大きい。すなわち、第１流路２２１にテーパ曲面２２１ｃが成形されることにより、流体の全体の流れが良くなり流速が速くなるためである。他方、図３に示すテーパ曲面の傾斜角度４５度の流体制御弁１と同じであるが、流速Ｒ６を含む領域Ｓ５は図３に示す流速Ｒ６を含む領域Ｑ６と比較して小さい。その理由は、テーパ曲面２２１ｃの傾斜角度が６０度であり、傾斜角度４５度の場合と比較して流路面積が狭くなっているためである。したがって、傾斜角度６０度であってもテーパ曲面２２１ｃが成形されていることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができるが、傾斜角度が４５度である方が流路面積が大きくなり、Ｃｖ値の低下防止の効果は大きい。
【００３９】
以上詳細に説明した本実施形態においては以下の作用効果を有する。
第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂとの連結部にテーパ形状のテーパ曲面２１ｃが成形されていることにより、第１流路２１の流路面積を大きくすることができる。流路面積を大きくすることによりＣｖ値の低下を防止することができ流量を増大することができる。すなわち、連結部にテーパ曲面２１ｃが成形されることにより、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂとの間に、斜め形状の流路が追加成形される。斜め形状の流路が追加成形されることによりその分だけ流路面積が大きくなるため、流量を多くすることができる。
また、連結部にテーパ曲面２１ｃが成形されることにより、第１流路２１内に流体の流れの妨げとなる部分がなくなる。そのため、第１流路２１から第２流路２２へとつながる流路が直線に近くなり実質的な流路長さが短くなるので流体がスムーズに流れ、Ｃｖ値の低下を防止することができる。また、第１流路２１内に流体の流れの妨げとなる部分がないことにより、流体に乱流が生じなくなる。乱流が生じなくなることにより、流体のスムーズな流れを阻害することがないためＣｖ値の低下を防止することができる。
また、連結部にテーパ曲面２１ｃの傾斜角度を調整し、第２流路２２に直接流れる向きを成形することにより、第１流路２１から流れる流体の勢いをそのままに第２流路２２へ流体を流すことができＣｖ値の低下を防止することができる。
また、流体制御弁１を大きくすることなく小さいままで流量を増やすことができるため、省エネルギーにつながる。
【００４０】
テーパ曲面２１ｃは円錐状の切削加工工具５０が有する同じ形状部分により切削加工されたことにより、連結部にテーパ曲面２１ｃを成形することができる。また、テーパ曲面２１ｃと同じ形状の切削加工工具５０を使用することにより容易に連結部に狙った傾斜角度のテーパ曲面２１ｃを切削加工することができる。すなわち、樹脂製の流体制御弁１にテーパ曲面２１ｃを切削加工するために、複雑な追加加工等を必要としないため、容易に連結部にテーパ曲面２１ｃを成形することができる。
【００４１】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
【００４２】
例えば、本実施形態においてはテーパ曲面の傾斜角度を４５度したが、それ以外の角度でテーパ曲面が成形されていることにより傾斜角度４５度よりも流体の流れは悪くなるが、従来技術のテーパ曲面が成形されていない流体制御弁と比較して流体の流れは良くなる。したがって、傾斜角度は４５度以上であっても、また４５度以下であってもよい。
【００４３】
例えば、本実施形態においてはテーパ曲面の傾斜角度を４５度とすることにより、第１ポート連通流路２１ｂから第１弁孔連通流路２１ａへと流体が流れる際に流体の勢いがよくなりＣｖ値の低下を防止することができる旨の説明をした。その他、弁座１５とダイアフラム弁体４との間の図３に示す領域Ｑ１へ直接向かう形状であれば傾斜角度は４５度でなくてもよい。領域Ｑ１へ直接向かう形状であれば流体の勢いを保持してＣｖ値の低下を防止することができるためである。
【００４４】
例えば、本実施形態においては流体制御弁１をノーマルクローズタイプのエアオペレイト式開閉弁としたが、ノーマルオープンタイプ、ノーマルクローズの複動タイプ、ノーマルオープンの複動タイプのエアオペレイト式開閉弁とすることもできる。
【００４５】
例えば、図１２及び図１３に本実施形態にかかる切削加工工具の変形例を示す。図１２に示すように、切削加工工具３００は、シャフト３１０とシャフト３１０の先端部に固設された切削部３２０を有する。図１２に示すように、切削部３２０は正面直角三角形状をなし、テーパ部３２１、底面３２２を有する。切削部３２０は下面から見ると、図１３に示すように、シャフト３１０から遠い先端部３２３に切削部３２４が成形されている。
図示しないが、切削加工工具３００のシャフト３１０の根元にはモータ等の回転機構が備えられ、回転機構が回転することによりシャフト３１０も回転する。シャフト３１０が回転することによりシャフト３１０に固設された切削部３２０も同様に回転する。テーパ曲面を成形する際には、切削加工工具３００は、テーパ面を成形する位置にまで下降し、その後切削する方向に回転横移動をする。回転横移動をすることにより、切削加工工具３００の回転軌跡が円錐状となり、テーパ面を成形することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 流体制御弁
１６ 弁孔
２ 樹脂製弁本体
２１ 第１流路
２１ａ 第１ポート連通流路
２１ｂ 第１弁孔連通流路
２１ｃ テーパ曲面
２２ 第２流路
２３ 第１ポート
２４ 第２ポート
２５ 弁座肉部
２５ａ 第１連結角面
２５ｂ 第２連結角面
３ 樹脂製弁上体
４ ダイアフラム弁体
５０ 切削加工工具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、樹脂製弁本体と樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備える流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、図１１に示す下記の特許文献１に記載された流体制御弁１００がある。
図１１に示すように、流体制御弁１００は、弁室１１３が成形されており弁室１１３には、第１流路１２１及び第２流路１２２が連通している。第１流路１２１及び第２流路１２２は、図示しない流体を供給するチューブと連通している。弁室１１３と第１流路１２１が連通する周辺部には弁座１１５が形成されており、弁座１１５に対して当接離間可能なダイアフラム弁体１０４が成形されている。第１流路１２１は、第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂを有する。第１流路１２１及び第２流路１２２は、流体制御弁１００内部で直角に連結している。第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂと連結部のうち弁座１１５の下部には弁座肉部１２５が成形されている。
チューブを介して第１流路１２１を流れた流体は、弁室１１３を流れ第２流路１２２へと流入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下の課題があった。
すなわち、流体制御弁１００に流体を流す場合と、流体制御弁１００に連通するチューブに流体を流す場合とでは流路内径が同じであるにも関わらず、流体制御弁１００の方が流路構造が複雑なため圧力損失が大きい。そのため、流体の流れが悪くなりＣｖ値が低下し流量が少なくなるため問題となる。
また、流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有するが、第１流路１２１から第２流路１２２へ向かう途中の流路には弁座肉部１２５が形成されているため流路が曲がり長くなり流れの妨げとなる。それにより、流体の流れが悪くなりＣｖ値が低下し流量が小さくなることも問題となる。
また、流体は流れの妨げとなる弁座肉部１２５にぶつかり流体に乱流が生じる。乱流は主流以外のその他の流体の流れの妨げとなりＣｖ値を低下させる原因となるため問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は流路面積を大きくすること、及び、流体の流れの妨げとなる部分をなくして流れを直線的にすること、により流体の流れ易さを向上させた流体制御弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一態様における流体制御弁は、以下の構成を有する。
（１）第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、前記樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、前記樹脂製弁本体と前記樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備えること、前記第１流路は、一端が第１ポートに連通する円筒状の第１ポート連通流路と他端が弁孔に連通する円筒状の第１弁孔連通流路とを備え、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路が連通すること、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路との内角側の連結部にテーパ形状の曲面が成形されていること、が好ましい。
【０００７】
（２）（１）に記載する流体制御弁において、前記テーパ形状の曲面は、回転軌跡が円錐状である切削加工工具により成形されたものであること、が好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
上記流体制御弁の作用及び効果について説明する。
（１）第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、前記樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、前記樹脂製弁本体と前記樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備えること、前記第１流路は、一端が第１ポートに連通する円筒状の第１ポート連通流路と他端が弁孔に連通する円筒状の第１弁孔連通流路とを備え、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路が連通すること、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路との内角側の連結部にテーパ形状の曲面が成形されていることにより、第１流路の流路面積を大きくすることができる。流路面積を大きくすることによりＣｖ値の低下を防止でき流量を増大することができる。すなわち、連結部にテーパ形状の曲面が成形されることにより、第１ポート連通流路と第１弁孔連通流路との間に、斜め形状の流路が追加成形される。それにより、斜め形状の流路が追加成形されることによりその分だけ流路面積が大きくなるため、流量を多くすることができるのである。
また、連結部にテーパ形状の曲面が成形されることにより、第１流路内に流体の流れの妨げとなる部分がなくなる。そのため、第１流路から第２流路への流路が直線に近くなり実質的な流路長さが短くなり流体がスムーズに流れる。そのためＣｖ値の低下を防止することができ流量を増大させることができる。また、第１流路内に流体の流れの妨げとなる部分がないことにより、流体が弁座肉部にぶつかり発生する乱流が少なくなる。乱流が少なくなることにより、Ｃｖ値を低下させることを防止することができる。
また、テーパ形状の曲面の傾斜角度を調整し、流体が第１流路から第２流路に直接流れる向きを成形して第１流路から第２流路への流路が直線に近くすることができる。そのため、第１流路から流れる流体の勢いをそのままに第２流路へ流体を流すことができＣｖ値の低下を防止することができる。
また、流体制御弁を現状より大きくすることなく流量を増やすことができるため、省エネルギーにつながる。
【０００９】
（２）（１）に記載する流体制御弁において、テーパ形状の曲面は、回転軌跡が円錐状である切削加工工具により成形されたものであることにより、連結部にテーパ形状の曲面を成形することができる。また、テーパ形状の曲面と同じ形状の切削加工工具を使用することにより容易に連結部に狙った傾斜角度のテーパ形状の曲面を成形することができる。すなわち、樹脂製の流体制御弁にテーパ形状の曲面を成形するために、複雑な追加加工等を必要としないため、容易に連結部にテーパ形状を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る流体制御弁(閉弁時)の断面図である。
【図２】本実施形態に係る流体制御弁(開弁時)の断面図である。
【図３】本実施形態に係る流体制御弁(１)の流体解析結果におけるイメージ図である。
【図４】本実施形態に係る流体制御弁(２)の流体解析結果におけるイメージ図である。
【図５】従来技術に係る流体制御弁の流体解析結果におけるイメージ図である。
【図６】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(１)の断面斜視図である。
【図７】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(２)の断面斜視図である。
【図８】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(３)の断面斜視図である。
【図９】本実施形態に係る樹脂製弁本体の製造工程(４)の断面斜視図である。
【図１０】本実施形態に係る切削加工工具の側面図である。
【図１１】従来技術に係る流体制御弁の断面図である。
【図１２】本実施形態に係る切削加工工具の変形実施形態（１）の正面図である。
【図１３】本実施形態に係る図１２に示す切削加工工具の変形実施形態（１）の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る流体制御弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。
＜流体制御弁の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る流体制御弁１の断面図(閉弁時)を示す。図２は、本実施形態に係る流体制御弁１の断面図(開弁時)を示す。
図１及び図２に示す流体制御弁１は、従来技術と同様、半導体製造装置に組み付けられ、薬液の供給をする。流体制御弁１は、ノーマルクローズタイプのエアオペレイト式開閉弁である。流体制御弁１は、樹脂製弁本体２の上面に樹脂製弁上体３を連結し、樹脂製弁本体２と樹脂製弁上体３との間にダイアフラム弁体４が狭持されている。流体制御弁１は、樹脂製弁上体３内のピストン３５を摺動させることにより、ダイアフラム弁体４を弁座１５に当接又は離間させる。流体制御弁１は、半導体製造装置に取り付けるための取付板５が樹脂製弁本体２の下面に固設されている。
【００１２】
＜樹脂製弁本体の構成＞
樹脂製弁本体２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（四フッ化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）等、耐腐食性や耐熱性に優れた樹脂を成形したものである。
【００１３】
図１に示すように、樹脂製弁本体２の上面には、弁室１３が円筒状に成形されている。弁室１３は、円形状の第１ポート２３と連通する第１流路２１の一端と円形状の第２ポート２４と連通する第２流路２２の一端が連通している。第１流路２１が弁室１３に開口する部分には弁孔１６が成形されている。弁孔１６の周辺部には、弁座１５が一体成形されている。
【００１４】
第１流路２１は、一端が第１ポート２３に連通する円筒形状の第１ポート連通流路２１ａと他端が弁室１３に連通する円筒形状の第１弁孔連通流路２１ｂを有する。第１ポート連通流路２１ａは第１ポート２３の中心に対して軸心方向に成形されている。他方、第１弁孔連通流路２１ｂは、弁孔１６の軸心方向に成形されている。第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂは、樹脂製弁本体２内部で直角に連結している。図１に示す、第１ポート連通流路２１ａ及び第１弁孔連通流路２１ｂと弁室１３の間には、弁座１５を支持する弁座肉部２５が成形されている。
【００１５】
図１に示すように、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂの連結部のうち弁座肉部２５と接する内角側の面は、断面テーパ形状であるテーパ曲面２１ｃが成形されている。テーパ曲面２１ｃは、弁座肉部２５のうち第１連結角面２５ａ及び第２連結角面２５ｂを結んだ面に成形される。第１連結角面２５ａは、第１弁孔連通流路２１ｂの内角側の側壁面に成形されている。第２連結角面２５ｂは第１ポート連通流路２１ａの内角側の側壁面に成形されている。
【００１６】
＜テーパ曲面の成形方法＞
図６乃至図９に樹脂製弁本体２におけるテーパ曲面２１ｃの成形工程(１)〜(４)の断面斜視図を示す。
テーパ曲面２１ｃの成形方法は、図６に示すテーパ曲面２１ｃが成形されていない状態の樹脂製弁本体２に対してテーパ曲面２１ｃを成形する工程である。図６に示すテーパ曲面２１ｃを成形するまでの樹脂製弁本体２の成形方法は従来と変わるところがないため説明を割愛する。
【００１７】
図７に示すように、切削加工工具５０を弁室１３の弁室開口部１３１から軸心Ｔ方向に対して第１弁孔連通流路２１ｂに挿入するように垂直中心方向に下降させる。切削加工工具５０のテーパ部５２１の中心が連結角面２１ｄと同じ高さの位置まで下降したところで下降を止め図７の位置に位置させる。本実施形態においては、切削加工工具５０を下降させる際に切削加工工具５０を軸心Ｔに対して時計回りに回転させながら下降させている。本実施形態においては、切削加工工具５０を下降させる際に回転させることにしたが、例えば、回転させずに下降させることもできる。
【００１８】
図１０に切削加工工具５０の側面図を示す。図１０に示すように、切削加工工具５０は、シャフト５１とシャフト５１の先端部に固設された切削部５２を有する。切削部５２は略円錐形状をなし、テーパ部５２１、底面５２２とＲ面５２３を有する。テーパ部５２１には、切削加工が可能な刃物形状となっている。テーパ部５２１の傾斜角度は、本実施形態においては底面５２２に対して４５度の形状である。略円錐形状である切削部５２の径には、シャフト５１に近い部分から径の小さい径Ａ、径が最も大きい径Ｃ、径Ａと径Ｃの中間にある径Ｂがある。径Ｃの大きさは、第１弁孔連通流路２１ｂの径よりも小さい径とする。それにより、切削加工工具５０を第１弁孔連通流路２１ｂに挿入することができる。径Ａの大きさはシャフト５１の径と同じ径である。
【００１９】
図８に示すように、切削加工工具５０のテーパ部５２１を連結角面２１ｄ(図７に示す)に押し当てるように矢印Ｑ方向へ切削加工工具５０を例えば軸心Ｔ方向に時計回りに回転させながら移動させる。図１０に示すように、連結角面２１ｄに対して切削部５２の中心である径Ｂに係る部分が水平に当接するように切削加工工具５０を水平移動させる。テーパ部５２１は切削加工が可能な刃物形状となっているため、角がある連結角面２１ｄを切削することができる。連結角面２１ｄはテーパ部５２１により切削加工される。そのため、本実施形態においては、連結角面２１ｄはテーパ部５２１と同じ角度である４５度のテーパ曲面２１ｃに切削加工される。
なお、本実施形態においては、連結角面２１ｄに対して切削加工工具５０の切削部５２の中心である径Ｂに係る部分が水平に当接するように移動させているが、連結角面２１ｄに当接する切削部５２の部分は適宜変更することができる。
【００２０】
図８の状態から、切削加工工具５０を矢印Ｑ方向の反対方向に移動させて元の位置に戻し、切削加工工具５０を図中軸心Ｔ方向に上昇させることにより切削加工工程を終了する。図９に示すように、切削加工工具５０による切削加工が終了した樹脂製弁本体２は、テーパ曲面２１ｃが成形される。テーパ曲面２１は、切削加工工具５０の切削部５２と同様の形状を有する。
【００２１】
＜樹脂製弁上体の構成＞
図１に示す樹脂製弁上体３は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＦＡ、ＰＰ、ＰＶＤＦ等、耐腐食性や剛性を有する樹脂を材質とする。樹脂製弁上体３は、シリンダ３２とカバー３３とで構成され、ピストン室３４を成形する。樹脂製のピストン３５は、ピストン室３４に摺動可能に装填され、カバー３３との間に縮設される復帰ばね３１により図中弁閉方向に常時付勢されている。ピストン３５は、操作ポート３３ａからピストン室３４に供給される操作エアの圧力と復帰ばね３１の反発力とのバランスに応じて、ピストン室３４を図中上下方向に移動する。ピストン３５には、ピストンロッド３６が一体成形されている。ピストンロッド３６は、ピストン３５に一体的に構成されシリンダ３２に摺動可能に組み込まれ、ダイアフラム弁体４に連結されている。
【００２２】
＜ダイアフラム弁体の構成＞
ダイアフラム弁体４は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等、耐腐食性及び耐熱性に優れた樹脂を材質とし、切削により形作られている。ダイアフラム弁体４は、弁座１５に当接又は離間する円柱状の弁体部４ａと、弁体部４ａの外周面に接続する薄膜部４ｂと、薄膜部４ｂの外縁に沿って肉厚に設けられた周縁部４ｃとから構成されている。ダイアフラム弁体４は、周縁部４ｃが樹脂製弁本体２と樹脂製弁上体３との間で挟み込まれて環状溝２６の内壁にシールすることにより固定されている。弁体部４ａには、弁座１５と当接するシール部４１が突起部として成形されている。
【００２３】
＜流体制御弁の作用効果＞
（流体の入力出力）
図１に示すように、流体制御弁１は、第１流路２１に第１ポート２３と第２流路２２に第２ポート２４が接続される。流体制御弁１は、操作ポート３３ａに操作エアが供給されない場合には、復帰ばね３１の付勢力によりダイアフラム弁体４を弁座１５に当接させている。そのため、第１ポート２３から第１流路２１を介して弁孔１６に流入した薬液は、弁座１５においてダイアフラム弁体４に遮断され、第２流路２２から第２ポート２４へ出力されない。
一方、図２に示すように、流体制御弁１は、操作ポート３３ａに操作エアが供給されると、ピストン３５が上昇してダイアフラム弁体４が弁座１５から離間する。そのため、第１ポート２３から第１流路２１に流入した流体は、弁孔１６を介して弁室１３、第２流路２２へ供給され第２ポート２４へ出力される。
【００２４】
（テーパ曲面が成形されていることによる効果）
図３に、流体制御弁(１)の流体解析結果におけるイメージ図を示す。図４に、流体制御弁(２)の流体解析結果におけるイメージ図を示す。図５に、従来技術に係る流体制御弁の流体解析結果におけるイメージ図を示す。
図３乃至図５のイメージ図は、それぞれの流体制御弁に対して流体を流した場合の流速の変化を調べたシミュレーション（模擬実験）結果である。流速の変化は、流速Ｒ１〜Ｒ１１として、点描によって表す。流速の速い流速Ｒ１に近いほど点描の密度が高く、流速の遅い流速Ｒ１１に近いほど点描の密度が低くなるように示す。
【００２５】
（従来技術に係る流体制御弁の流体解析結果）
図５に、従来技術に係る流体制御弁１００の流体解析結果における流速変化の分布図を示す。図５に示すように、流体制御弁１００は、弁室１１３が成形されており弁室１１３には、第１流路１２１及び第２流路１２２が連通している。第１流路１２１は、第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂを有する。第１流路１２１及び第２流路１２２は、流体制御弁１００内部で直角に連結している。図５に示す、第１ポート連通流路１２１ａ及び第１弁孔連通流路１２１ｂと連結部のうち弁座肉部１２５と接する内角側の面には連結曲面１２１ｄが成形されている。
【００２６】
流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有する。そのため、図５に示す流体制御弁１００では、第１流路１２１から第２流路１２２に対して流体が流れるため、第１流路１２１から第２流路１２２へと向かう最短距離を流体が流れる。第１流路１２１から第２流路１２２に流入する最短距離である弁座１１５とダイアフラム弁体１０４との間に流体が集中する。そのため、弁座１１５とダイアフラム弁体１０４の間の領域Ｐ１の流速は流速Ｒ１を含み速い流速で流れる。
【００２７】
また、第１ポート連通流路１２１ａから第１弁孔連通流路１２１ｂへ流れる際には、第２流路１２２へと向かう最短距離である連結曲面１２１ｄ付近に流体が集中する。連結曲面１２１ｄ付近で流体の流速が最も速い部分が領域Ｐ２である。領域Ｐ２の流速は流速Ｒ３を含み速い流速で流れる。領域Ｐ２から領域Ｐ３乃至Ｐ６となるに従って流速も流速Ｒ４乃至Ｒ７と遅くなる。また連結曲面１２１ｄ付近で第２流路１２２へ向かって流れる流体のうち広い領域で流れているのが領域Ｐ５で示す流速Ｒ６である。
【００２８】
（流体制御弁（１）の流体解析結果）
図３に、本実施形態に係る流体制御弁１の流体解析結果における流速変化の分布図を示す。図３に示すように、流体制御弁１は、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂの連結部のうち弁座肉部２５と接する面は、断面テーパ形状である傾斜角度４５度のテーパ曲面２１ｃが成形されている点に特徴を有する。流体制御弁１におけるその他の構成は、上記構成において詳細に説明したため説明を割愛する。
【００２９】
前述したように流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有する。そのため、図３に示す流体制御弁１では、第１流路２１から第２流路２２に対して流体が流れるため、第１流路２１から第２流路２２へと向かう最短距離を流体が流れる。第１流路２１から第２流路２２に流入する最短距離である弁座１５とダイアフラム弁体４との間に流体が集中する。そのため、弁座１５とダイアフラム弁体４の間の領域Ｑ１の流速は流速Ｒ１を含み速い流速で流れる。
【００３０】
また、第１ポート連通流路２１ａから第１弁孔連通流路２１ｂへ流れる際には、第２流路への最短距離であるテーパ曲面２１ｃ付近に流体が集中する。テーパ曲面２１ｃ付近で流体の流速が最も速い部分が領域Ｑ２である。領域Ｑ２の流速は流速Ｒ２を含み速い流速で流れる。図３に示す流体制御弁１においては、従来技術と比較して第１流路２１内にテーパ曲面２１ｃが成形されている。テーパ曲面２１ｃが成形されていることにより、第１流路２１の流路面積が大きくなる。したがって、流速が従来技術と比較して速くなる。また、流量が多くなるためＣｖ値を低下させることを防止することができる。
【００３１】
また、領域Ｑ２においての流速が流速Ｒ２と速くなる理由としては、テーパ曲面２１ｃが成形されることにより、従来技術の第１流路内において流体の流れの妨げとなる図５に示す連結曲面１２１ｄがなくなる。そのため、第１流路２１から第２流路２２へとつながる流路が直線に近くなり実質的な流路長さが短くなり流体がスムーズに流れる。そのためＣｖ値の低下を防止することができ流量を増大させることができる。また、流路が直線に近くなることにより、流体の最短距離を流れる性質を利用して流量を増大させることができる。
さらに、図３に示す実施形態においてはテーパ曲面２１ｃの傾斜角度が４５度に成形されている。傾斜角度が４５度であることによりテーパ曲面２１ｃ付近を流れた流体の進行方向は直接領域Ｑ１へと向かう。流体が領域Ｑ１に直接向かうことにより、第１流路２１を流れた流体の勢いをそのままに第２流路へ流すことができるためＣｖ値の低下を防止することができる。
したがって、流体がスムーズに流れるため流速が速くなりＣｖ値の低下を防止することができる。
【００３２】
また、テーパ曲面２１ｃが成形され、従来技術の第１流路内において流体の流れの妨げとなる図５に示す連結曲面１２１ｄがなくなることにより、流体が連結曲面１２１ｄにぶつかることにより生じていた乱流が生じなくなる。乱流が生じなくなることにより、流体のスムーズな流れを阻害することがなくなりＣｖ値の低下を防止できる。乱流が生じなくなり流体がスムーズに流れるため、領域Ｑ２においての流速が流速Ｒ２と速くなる。
【００３３】
また、領域Ｑ２から領域Ｑ３乃至Ｑ６となるに従って流速も流速Ｒ３乃至Ｒ６と遅くなる。また連結曲面２１ｃ付近で第２流路２２へ向かって流れる流体のうち広い領域で流れているのが領域Ｑ６で示す流速Ｒ６である。したがって、領域Ｐ１以外で最も流速が速い領域である領域Ｐ２においては流速Ｒ２である。また、最も広い領域で流体が流れる領域Ｑ６においては流速Ｒ６である。図５に示す領域Ｐ５と図３に示す領域Ｑ６がともに流速Ｒ６を含む領域である点においては同じであるが、図３に示す流速Ｒ６を含む領域Ｑ６は図５に示す流速Ｒ６を含む領域Ｐ５と比較して大きい面積を有する。すなわち、流速Ｒ６を含む領域Ｑ６においては、第１ポート連通流路２１ａの全域にわたる部分まで広がっている。第１流路２１にテーパ曲面２１ｃが成形されることにより、流体の全体の流れが良くなり流速が速くなるためである。
【００３４】
また、略円錐状の切削加工工具５０によって成形されたテーパ曲面２１ｃは、切削加工工具５０と同様に底面５２２に近いほど切削面積が大きくシャフト５１に近いほど切削面積が小さい。そのため、テーパ曲面２１ｃは、第１ポート連通流路２１ａに近いほうの切削面積が大きく、第１弁孔連通流路２１ｂに近いほうの切削面積が小さい。流体は面積が大きいところから小さいところへと流れる時、流速が上がる。
【００３５】
（流体制御弁（２）の流体解析結果）
図４に、本実施形態に係る流体制御弁１のテーパ曲面２１ｃの傾斜角度を６０度としたテーパ曲面２２１ｃを有する流体制御弁２００の流体解析結果における流速変化の分布図を示す。図４に示すように、流体制御弁２００は流体制御弁１と比較して、テーパ曲面２１ｃの傾斜角度が６０度であること以外異なる点はないため詳細な説明を割愛する。
【００３６】
流体は、圧力が高い箇所から低い箇所へ最短距離を流れる性質を有する。そのため、図４に示す流体制御弁２００では、第１流路２２１から第２流路２２２に対して流体が流れることになり、第１流路２２１から第２流路２２２へと向かう最短距離を流体が流れる。第１流路２２１から第２流路２２２に流入する最短距離である弁座２１５とダイアフラム弁体２０４との間に流体が集中する。そのため、弁座２１５とダイアフラム弁体２０４の間の領域Ｓ１の流速は流速Ｒ１を含み速い流速で流れる。領域Ｓ１に流体が集中し流速Ｒ１となり流速が速いことは上記従来技術と同様である。
【００３７】
また、第１ポート連通流路２２１ａから第１弁孔連通流路２２１ｂへ流れる際には、最短距離であるテーパ曲面２２１ｃ付近に流体が集中する。テーパ曲面２２１ｃ付近で流体の流速が最も速い部分が領域Ｓ２である。領域Ｓ２の流速は流速Ｒ３を含み速い流速で流れる。図４に示す流体制御弁２００においては、従来技術と比較して第１流路２２１内にテーパ曲面２２１ｃが成形されている。テーパ曲面２２１ｃが成形されていることにより、第１流路２２１の流路面積が大きくなる。さらに、流路面積が大きくなる部分が、従来技術における図５に示す流体が集中する第１弁孔連通流路１２１ｂと第１ポート連通流路１２１ａの連結部にあたる第１弁孔連通流路２２１ｂと第１ポート連通流路２２１ａの連結部であるため、流体の流れが良くなる。したがって、流速が従来技術と比較して流速Ｒ３と速い領域の面積が従来技術における図５と比較して大きい面積を有する。
【００３８】
さらに、領域Ｓ２から領域Ｓ３乃至Ｓ６となるに従って流速も流速Ｒ４乃至Ｒ７と遅くなる。また連結曲面２２１ｃ付近で第２流路２２２へ向かって流体のうち広い領域で流れているのが領域Ｓ５で示す流速Ｒ６である。したがって、領域Ｓ１以外で最も流速が速い領域である領域Ｓ２においては流速Ｒ２である。また、最も広い領域で流体が流れる領域Ｓ５においては流速Ｒ６である。最も広い領域で流体が流れる領域Ｓ５において流速Ｒ６を含む点においては、図５に示す従来技術に係る流体制御弁１００の領域Ｐ５と同じであるが、図４に示す流速Ｒ６を含む領域Ｓ５は、図５に示す流速Ｒ６を含む領域Ｐ５と比較して大きい。すなわち、第１流路２２１にテーパ曲面２２１ｃが成形されることにより、流体の全体の流れが良くなり流速が速くなるためである。他方、図３に示すテーパ曲面の傾斜角度４５度の流体制御弁１と同じであるが、流速Ｒ６を含む領域Ｓ５は図３に示す流速Ｒ６を含む領域Ｑ６と比較して小さい。その理由は、テーパ曲面２２１ｃの傾斜角度が６０度であり、傾斜角度４５度の場合と比較して流路面積が狭くなっているためである。したがって、傾斜角度６０度であってもテーパ曲面２２１ｃが成形されていることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができるが、傾斜角度が４５度である方が流路面積が大きくなり、Ｃｖ値の低下防止の効果は大きい。
【００３９】
以上詳細に説明した本実施形態においては以下の作用効果を有する。
第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂとの連結部にテーパ形状のテーパ曲面２１ｃが成形されていることにより、第１流路２１の流路面積を大きくすることができる。流路面積を大きくすることによりＣｖ値の低下を防止することができ流量を増大することができる。すなわち、連結部にテーパ曲面２１ｃが成形されることにより、第１ポート連通流路２１ａと第１弁孔連通流路２１ｂとの間に、斜め形状の流路が追加成形される。斜め形状の流路が追加成形されることによりその分だけ流路面積が大きくなるため、流量を多くすることができる。
また、連結部にテーパ曲面２１ｃが成形されることにより、第１流路２１内に流体の流れの妨げとなる部分がなくなる。そのため、第１流路２１から第２流路２２へとつながる流路が直線に近くなり実質的な流路長さが短くなるので流体がスムーズに流れ、Ｃｖ値の低下を防止することができる。また、第１流路２１内に流体の流れの妨げとなる部分がないことにより、流体に乱流が生じなくなる。乱流が生じなくなることにより、流体のスムーズな流れを阻害することがないためＣｖ値の低下を防止することができる。
また、連結部にテーパ曲面２１ｃの傾斜角度を調整し、第２流路２２に直接流れる向きを成形することにより、第１流路２１から流れる流体の勢いをそのままに第２流路２２へ流体を流すことができＣｖ値の低下を防止することができる。
また、流体制御弁１を大きくすることなく小さいままで流量を増やすことができるため、省エネルギーにつながる。
【００４０】
テーパ曲面２１ｃは円錐状の切削加工工具５０が有する同じ形状部分により切削加工されたことにより、連結部にテーパ曲面２１ｃを成形することができる。また、テーパ曲面２１ｃと同じ形状の切削加工工具５０を使用することにより容易に連結部に狙った傾斜角度のテーパ曲面２１ｃを切削加工することができる。すなわち、樹脂製の流体制御弁１にテーパ曲面２１ｃを切削加工するために、複雑な追加加工等を必要としないため、容易に連結部にテーパ曲面２１ｃを成形することができる。
【００４１】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
【００４２】
例えば、本実施形態においてはテーパ曲面の傾斜角度を４５度したが、それ以外の角度でテーパ曲面が成形されていることにより傾斜角度４５度よりも流体の流れは悪くなるが、従来技術のテーパ曲面が成形されていない流体制御弁と比較して流体の流れは良くなる。したがって、傾斜角度は４５度以上であっても、また４５度以下であってもよい。
【００４３】
例えば、本実施形態においてはテーパ曲面の傾斜角度を４５度とすることにより、第１ポート連通流路２１ｂから第１弁孔連通流路２１ａへと流体が流れる際に流体の勢いがよくなりＣｖ値の低下を防止することができる旨の説明をした。その他、弁座１５とダイアフラム弁体４との間の図３に示す領域Ｑ１へ直接向かう形状であれば傾斜角度は４５度でなくてもよい。領域Ｑ１へ直接向かう形状であれば流体の勢いを保持してＣｖ値の低下を防止することができるためである。
【００４４】
例えば、本実施形態においては流体制御弁１をノーマルクローズタイプのエアオペレイト式開閉弁としたが、ノーマルオープンタイプ、ノーマルクローズの複動タイプ、ノーマルオープンの複動タイプのエアオペレイト式開閉弁とすることもできる。
【００４５】
例えば、図１２及び図１３に本実施形態にかかる切削加工工具の変形例を示す。図１２に示すように、切削加工工具３００は、シャフト３１０とシャフト３１０の先端部に固設された切削部３２０を有する。図１２に示すように、切削部３２０は正面直角三角形状をなし、テーパ部３２１、底面３２２を有する。切削部３２０は下面から見ると、図１３に示すように、シャフト３１０から遠い先端部３２３に切削部３２４が成形されている。
図示しないが、切削加工工具３００のシャフト３１０の根元にはモータ等の回転機構が備えられ、回転機構が回転することによりシャフト３１０も回転する。シャフト３１０が回転することによりシャフト３１０に固設された切削部３２０も同様に回転する。テーパ曲面を成形する際には、切削加工工具３００は、テーパ面を成形する位置にまで下降し、その後切削する方向に回転横移動をする。回転横移動をすることにより、切削加工工具３００の回転軌跡が円錐状となり、テーパ面を成形することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 流体制御弁
１６ 弁孔
２ 樹脂製弁本体
２１ 第１流路
２１ａ 第１ポート連通流路
２１ｂ 第１弁孔連通流路
２１ｃ テーパ曲面
２２ 第２流路
２３ 第１ポート
２４ 第２ポート
２５ 弁座肉部
２５ａ 第１連結角面
２５ｂ 第２連結角面
３ 樹脂製弁上体
４ ダイアフラム弁体
５０ 切削加工工具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、前記樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、前記樹脂製弁本体と前記樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備えること、
前記第１流路は、一端が第１ポートに連通する円筒状の第１ポート連通流路と他端が弁孔に連通する円筒状の第１弁孔連通流路とを備え、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路が連通すること、
前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路との内角側の連結部にテーパ形状の曲面が成形されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載する流体制御弁において、
前記テーパ形状の曲面は、回転軌跡が円錐状である切削加工工具により成形されたものであること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項１】
第１流路と第２流路を備える樹脂製弁本体と、前記樹脂製弁本体の上面に連結される樹脂製弁上体と、前記樹脂製弁本体と前記樹脂製弁上体との間に狭持される樹脂製のダイアフラム弁体とを備えること、
前記第１流路は、一端が第１ポートに連通する円筒状の第１ポート連通流路と他端が弁孔に連通する円筒状の第１弁孔連通流路とを備え、前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路が連通すること、
前記第１ポート連通流路と前記第１弁孔連通流路との内角側の連結部にテーパ形状の曲面が成形されていること、
を特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載する流体制御弁において、
前記テーパ形状の曲面は、回転軌跡が円錐状である切削加工工具により成形されたものであること、
を特徴とする流体制御弁。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５９１２２（Ｐ２０１２−１５９１２２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１０８（Ｐ２０１１−１８１０８）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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