JPH09210236A

JPH09210236A - 腐食流体用制御弁

Info

Publication number: JPH09210236A
Application number: JP4410596A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nanbu; 正博南部
Original assignee: NIPPON AERA KK
Current assignee: NIPPON AERA KK
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-08-12
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JP3716026B2

Abstract

(57)【要約】【課題】制御弁が腐食流体に腐食されないようにする
とともに、応答性を向上させる。【解決手段】制御弁２０は、流体通路２２の途中に形
成された弁座２３に主弁体２４が接離して腐食流体に対
する開度を調節する。主弁体を有して流体通路に設けら
れた主弁ダイヤフラム３２が具えられている。流体通路
と、弁座と、主弁体の少なくとも流体通路内に位置する
部分と、主弁ダイヤフラムは耐食性材料からなってい
る。腐食流体との接触部分が耐食性材料からなるので、
制御弁は腐食性流体に使用することができる。主弁体が
主弁ダイヤフラムによって基部２１に設けられているた
め、腐食流体の圧力変化に対する応答性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塩化水素ガス、高
温水蒸気等の腐食流体に使用される制御弁の技術分野に
属する。

【従来の技術】

【０００２】半導体制御装置等の真空装置のチャンバー
の排気路には、圧力制御用の制御弁と真空排気ポンプか
らなる排気装置が設けられており、チャンバー内を所定
の真空度にするため、前記制御弁の開度を調整する必要
がある。従来、この種の制御弁として、特開平４−１５
０９３８号公報に記載のものがある。この制御弁１０
は、図２に示すように、円板状の弁板１１を具えた蝶型
制御弁である。弁板１１の回転制御は制御回路（図示省
略）によって行なわれる。制御回路は、圧力センサーに
よって検知された制御弁の排気口側の圧力値と、予め記
憶された設定圧値との差を求めて、その差がなくなるよ
うにモータ１６を制御して制御弁の開き角度を調節する
回路である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
制御弁は、次の問題点を有している。 (1) 腐食流体に使用することができない。制御弁本体１４と制御弁軸１３との間をシールするＯリ
ング１５が、回転する制御弁軸１３に接触している。こ
のため、制御弁を長期間すると、Ｏリング１５が摩耗
し、Ｏリング１５と制御弁軸１３との間から流体が漏れ
る恐れがあり、腐食流体に使用することができない。 (2) 小流量制御が困難である。蝶型制御弁であるため、弁板１１を密閉状態から開く方
向へ回転させるとき、円滑に始動できるように、弁板１
１と流体通路１２との間に多少の隙間を設けなければな
らない。このため、流体が漏れ易く、弁板１１の開き角
度の小さいときの流量調節が困難である。

【０００４】(3) 大型、高価である。弁板１１を回転させるモータ１６を必要とし、装置全体
が大型、且つ、高価になりがちである。 (4) 大電力を必要とする。弁板１１をモータ１６によって回転させるため、大電力
を必要とする。 (5) 応答性が悪い。制御弁内での圧力バランスを取ることができない構造に
なっているため、外部からの急激な圧力変化および流体
の流量変化に対して、瞬時に応答することができない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、流体
通路の途中に形成された弁座に主弁体が接離して腐食流
体に対する開度を調節する制御弁であって、前記主弁体
を有して前記流体通路に設けられた主弁ダイヤフラムを
具え、且つ、前記流体通路と、前記弁座と、前記主弁体
の少なくとも前記流体通路内に位置する部分と、前記主
弁ダイヤフラムとが耐食性材料からなることを特徴とす
る腐食流体用制御弁により、第２に、流体通路の途中に
形成された弁座に主弁体が接離して腐食流体に対する開
度を調節する制御弁であって、前記主弁体を有して前記
流体通路に設けられた主弁ダイヤフラムと、前記主弁体
を前記弁座から離れる方向へ付勢するスプリングと、前
記主弁体の前記弁座と反対側の端部に設けられたパイロ
ット圧ダイヤフラムによって壁の一部が形成されてパイ
ロット圧流体を受け入れるパイロット圧室と、前記パイ
ロット圧室を大気に開放するノズルと、前記ノズルの出
口に対して接離させられるパイロット弁体とを具え、且
つ、前記流体通路と、前記弁座と、前記主弁体の少なく
とも前記流体通路内に位置する部分と、前記主弁ダイヤ
フラムとが耐食性材料からなることを特徴とする腐食流
体用制御弁により、前記の課題を解決した。

【０００６】

【作用】第１、第２の腐食流体用制御弁は、流体通路
と、弁座と、主弁体の少なくとも流体通路内に位置する
部分と、主弁ダイヤフラムとに耐食性材料を使用してい
るので、腐食流体の流量調節を行なうことができる。

【０００７】また、主弁ダイヤフラムは、流体通路に設
けられて、主弁体と基部との間を密閉し、主弁体と基部
との間からの腐食流体の漏れを防止する。さらに、主弁
体は主弁ダイヤフラムによって基部に設けられているた
め、速やか且つ円滑に作動する。しかも、主弁ダイヤフ
ラムに対して摺動する部品がなく、主弁ダイヤフラム
は、摩耗させられることなく、長期間、主弁体と基部と
の間の密閉状態を保持する。

【０００８】第２の腐食流体用制御弁の主弁体は、通
常、スプリングによって弁座から離れる方向に付勢され
て、主弁体の一端と弁座との間に隙間が生じている。ま
た、パイロット弁体とノズルの出口との間にも隙間が生
じている。この隙間の大きさはコイルへの通電制御によ
って変えることができる。

【０００９】パイロット圧室には、常時パイロット圧流
体が流入しており、パイロット圧ダイヤフラムにパイロ
ット圧流体の圧力が加わっている。パイロット圧室に流
れ込んだパイロット圧流体はノズルの出口から大気中に
流出する。パイロット圧流体の流出量は、ノズルの出口
とパイロット弁体との隙間によって決まる。

【００１０】ノズルの出口とパイロット弁体との間の隙
間が広いとパイロット圧流体の流出量が多くなり、パイ
ロット圧室内の圧力は低くなる。逆に、隙間が狭いと流
出量が少なくなり、パイロット圧室内の圧力は高くな
る。

【００１１】前記隙間の大きさは、コイルへの通電制御
によって、制御される。その制御の結果、パイロット圧
室内の圧力が低くなると、主弁体がスプリングによって
弁座から離間させられ、主弁体の一端と弁座との間の隙
間が広くなり、流体通路内の腐食流体の流量は多くな
る。逆に、パイロット圧室内の圧力が高くなると、主弁
体がスプリングに抗して弁座に接近させられ、主弁体の
一端と弁座との間の隙間が狭くなり、流体通路内を流れ
る流量は少なくなる。

【００１２】制御弁内の圧力関係は次のようになってい
る。流体通路の流入口内の圧力をＰ１、流出口内の圧力
をＰ２、パイロット圧室内の圧力をＰｓ、スプリングの
弾力をＦ、主弁ダイヤフラムの有効面積をＡ１、弁座の
有効面積をＡ２、パイロット圧ダイヤフラムの有効面積
をａとすると、Ｐ１（Ａ１−Ａ２）＋Ｐ２・Ａ２＋Ｐｓ・ａ−Ｆ＝０Ｐ１＝［Ｆ／（Ａ１−Ａ２）］−［ａ／（Ａ１−Ａ
２）］・Ｐｓ−［Ａ２／（Ａ１−Ａ２）］・Ｐ２の関係
にある。

【００１３】弁座の有効面積Ａ２が主弁ダイヤフラムの
有効面積Ａ１に比べて小さい場合には、上式右辺第３項
は無視することができ、流入口内の圧力Ｐ１は、流出口
内の圧力Ｐ２の影響を受けないことが分かる。従って、
流体は、流出口内の圧力の影響を受けることなく流体通
路を流れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
に基づいて説明する。制御弁２０は、基部２１の流体通
路２２の途中に形成された弁座２３に主弁体２４が接近
離間して、塩化水素ガス、高温水蒸気等の腐食流体に対
する開度を調節する制御弁である。

【００１５】弁座２３と主弁体２４は、ポペットタイプ
の弁を構成している。なお、後述するベース２５、主弁
ダイヤフラム３２がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ：商品名テフロン）であり、主弁板５０がポリエー
テルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐食性プラスチッ
ク製であるため、制御弁２０は、腐食流体に使用するこ
とができる。

【００１６】基部２１は、ベース２５とカバー２６が重
ね合わされて形成されている。基部２１には、流体通路
２２が形成されている。流体通路２２の途中には、弁座
２３が形成されている。基部２１には、主弁体２４を収
納する空洞２７が形成されている。

【００１７】主弁体２４は、上部に鍔２９を有する主弁
本体３０と板状の主弁板５０とで構成されている。主弁
本体３０と主弁板５０はボルト２８によって一体化され
ている。鍔２９とカバー２６との間には、主弁体２４を
上方へ付勢するスプリング３１が設けられている。

【００１８】主弁ダイヤフラム３２は、可撓性を有する
膜状の部材である。主弁ダイヤフラム３２は、ベース２
５とカバー２６との間にボルト３６，３６によって挟持
されて、ベース２５とカバー２６との間をシールすると
ともに、流体通路２２の内壁３４の一部を形成してい
る。主弁ダイヤフラム３２には、主弁体２４が設けられ
ている。主弁ダイヤフラム３２の裏側は、空気抜き孔３
３によって外部に開放されている。

【００１９】主弁体２４は、主弁ダイヤフラム３２によ
って基部２１に設けられている。この構成によって、次
の利点が生じる。 (1) 主弁ダイヤフラム３２が主弁体２４と基部２１との
間を従来のＯリング１５（図２参照）の代わりに密閉
し、主弁体２４と基部２１との間からの腐食流体の漏れ
を防止する。 (2) 主弁ダイヤフラム３２に対して摺動する部品がな
く、主弁ダイヤフラム３２は、摩耗することがなく、主
弁体２４と基部２１との間を長期間密閉する。 (3) 主弁体が速やか且つ円滑に作動し、腐食流体用制御
弁２０の応答性が向上する。

【００２０】パイロット圧ダイヤフラム３５は、布入り
のゴム製の膜状の部材であり、可撓性を有して耐久性に
優れている。パイロット圧ダイヤフラム３５は、カバー
２６とパイロット弁基部５４との間にボルト３７，３７
によって挟持されて、主弁体２４の上部に取り付けられ
て、カバー２６とパイロット弁基部５４との間をシール
する。

【００２１】パイロット圧ダイヤフラム３５によって仕
切られた空洞２７の上部の部屋は、窒素、エア等の正圧
のパイロット圧流体が流れ込むパイロット圧室３８であ
る。空洞２７の下部の部屋は、空気抜き孔３３によって
外部に開放されている。この空気抜き孔３３によって、
主弁体２４の上下動作が円滑になる。パイロット圧室３
８は、オリフィス４０によってパイロット圧流体源に接
続され、ノズル４１によって大気に開放されている。

【００２２】ノズル４１の出口の上方には、コイル部４
２が具えられている。コイル部４２のコア４３はマグネ
ット４４、ヨーク４５、ハウジング４６を介してパイロ
ット弁基部５４に固定されている。コア４３を受け入れ
ているコイル４７にはノズル４１の出口と対向するパイ
ロット弁体４８を有している。コイル４７は、板ばね５
３によってハウジング４６に支持されている。コイル４
７はコネクター４９を介して外部に電気的に接続されて
いる。コネクター４９には、制御用電子回路（図示省
略）が内蔵されている。

【００２３】制御用電子回路は、制御対象の圧力を検知
し、検知された圧力と設定圧とを比較し、その差がなく
なるようにコイル４７の電流制御を行なうべく、ノズル
４１とパイロット弁体４８との間の隙間を調節する回路
であるが、詳細な説明は省略する。

【００２４】次に、腐食流体用制御弁２０の動作を説明
する。通常、主弁体２４はスプリング３１によって弁座
２３から離れる方向に付勢されて、主弁板５０と弁座２
３との間に隙間が生じている。また、パイロット弁体４
８とノズル４１の出口との間にも隙間が生じている。こ
の隙間の大きさはコイル４７への電流制御によって変え
ることができる。

【００２５】パイロット圧室３８には、常時パイロット
圧流体が流入しており、パイロット圧ダイヤフラム３５
にパイロット圧流体の圧力が加わっている。なお、パイ
ロット圧室３８に流れ込んだパイロット圧流体はノズル
４１から大気中に流出されている。パイロット圧流体の
流出量は、ノズル４１の出口とパイロット弁体４８との
隙間の大きさによって決まる。隙間が広いとパイロット
圧流体の流出量が多くなり、パイロット圧室３８内の圧
力は低くなる。逆に、隙間が狭いと流出量が少なくな
り、パイロット圧室３８内の圧力は高くなる。

【００２６】そこで、コイル４７への通電を制御するこ
とによって、ノズル４１の出口とパイロット弁体４８の
隙間を制御することができる。パイロット圧室３８内の
圧力が低くなると、主弁体２４がスプリング３１によっ
て弁座２３から離間させられ、主弁板５０と弁座２３と
の間の隙間が広くなり、流体通路２２内の腐食流体の流
量は多くなる。逆に、パイロット圧室３８内の圧力が高
くなると、主弁体２４がスプリング３１に抗して弁座２
３に接近させられ、主弁板５０と弁座２３との間の隙間
が狭くなり、流体通路２２内を流れる流量は少なくな
る。

【００２７】流体通路２２の流出口５１は排気ダクト或
いは真空ポンプに接続され、流体通路２２の流入口５２
は半導体製造装置のような制御対象に接続されている。
また、オリフィス４０はパイロット圧源に接続されてい
る。流出口５１内と、流入口５２内の圧力は負圧であ
る。

【００２８】制御弁２０内の圧力関係は次のようにな
る。流体通路の流入口内の圧力をＰ１、流出口内の圧力
をＰ２、パイロット圧室内の圧力をＰｓ、スプリングの
弾力をＦ、主弁ダイヤフラムの有効面積をＡ１、弁座の
有効面積をＡ２、パイロット圧ダイヤフラムの有効面積
をａとすると、Ｐ１（Ａ１−Ａ２）＋Ｐ２・Ａ２＋Ｐｓ・ａ−Ｆ＝０Ｐ１＝［Ｆ／（Ａ１−Ａ２）］−［ａ／（Ａ１−Ａ
２）］・Ｐｓ−［Ａ２／（Ａ１−Ａ２）］・Ｐ２の関係
にある。

【００２９】弁座２３の有効面積Ａ２が主弁ダイヤフラ
ム３２の有効面積Ａ１に比べて小さい場合には、上式右
辺第３項は無視することができ、流入口５２内の圧力Ｐ
１は、排気ダクト内の圧力或いは真空ポンプの圧力、す
なわち、流出口５１内の圧力Ｐ２の影響を受けないこと
が分かる。なお、スプリング３１の弾力Ｆとパイロット
圧室内の圧力Ｐｓを適宜設定することにより、主弁体２
４の動きを最適な動きに調整することが可能であること
は勿論である。

【００３０】

【発明の効果】請求項１，２の制御弁は、次の効果を奏
する。 (1) 腐食流体の接触部分が耐食性材料からなるので、腐
食性流体に使用することができる。 (2) 主弁体が主弁ダイヤフラムによって基部に設けられ
ているため、主弁体の動作が速やか且つ円滑になり、腐
食流体の圧力変化に対する応答性を向上させることがで
きる。さらに、小流量制御が容易になる。 (3) 主弁ダイヤフラムに対して接触して摺動する部品が
ないため、主弁ダイヤフラムに摩耗が生じることなく、
長期間、主弁体と基部との間の密閉状態を保持し、腐食
流体の漏れを防止することができる。

【００３１】さらに、請求項２の制御弁は、次の効果を
奏する。 (4) 主弁体を作動させるパイロット圧流体の流出量制御
を電磁式で行なっているため、小電力ですむとともに、
制御弁全体を小型にすることができる。また、制御弁の
全体的製造コストを下げることができる。 ■ 制御弁内の圧力バランスを取ることができるので、
外部からの急激な圧力変化および腐食流体の流量変化に
対して、瞬時に応答し、設定圧を安定にに保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の制御弁の流体通路に沿っ
た正面断面図。

【図２】従来の制御弁の概略図。

【符号の説明】

２０腐食流体用制御弁２１基部２
２流体通路２３弁座２４主弁体３
１スプリング３２主弁ダイヤフラム３４内壁３５パイロット圧ダイヤフラム３８パイロット圧室４１ノズル４
８パイロット弁体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体通路の途中に形成された弁座に主弁
体が接離して腐食流体に対する開度を調節する制御弁で
あって、前記主弁体を有して前記流体通路に設けられた主弁ダイ
ヤフラムを具え、且つ、前記流体通路と、前記弁座と、
前記主弁体の少なくとも前記流体通路内に位置する部分
と、前記主弁ダイヤフラムとが耐食性材料からなること
を特徴とする、腐食流体用制御弁。
【請求項２】流体通路の途中に形成された弁座に主弁
体が接離して腐食流体に対する開度を調節する制御弁で
あって、前記主弁体を有して前記流体通路に設けられた主弁ダイ
ヤフラムと、前記主弁体を前記弁座から離れる方向へ付
勢するスプリングと、前記主弁体の前記弁座と反対側の
端部に設けられたパイロット圧ダイヤフラムによって壁
の一部が形成されてパイロット圧流体を受け入れるパイ
ロット圧室と、前記パイロット圧室を大気に開放するノ
ズルと、前記ノズルの出口に対して接離させられるパイ
ロット弁体とを具え、且つ、前記流体通路と、前記弁座
と、前記主弁体の少なくとも前記流体通路内に位置する
部分と、前記主弁ダイヤフラムとが耐食性材料からなる
ことを特徴とする、腐食流体用制御弁。