CN110199143A - 隔膜阀 - Google Patents

Abstract

提供一种隔膜阀，所述隔膜阀即使是被很紧凑地小型化的阀/阀体，也通过能够不损害阀体的强度而形成与规定的Cv值对应的最优的流路空间，能够发挥高流量且稳定的高Cv值。隔膜阀具备：阀座（52），配设在阀体（50）内的阀室；环状槽（53），设置在阀座（52）的外周围；隔膜（55），设置成能够经由推压机构相对于阀座（52）接触分离；以及一次侧流路（56），与阀室（51）连通；在该隔膜阀中，连续设置于环状槽（53）的二次侧流路（57）的内径（R）为环状槽（53）的槽宽（W）的2.0～4.5倍，环状槽（53）与二次侧流路（57）的交叉截面积（S）比二次侧流路（57）的截面积（T）小，并且相对于二次侧流路（57）的截面积（T）将交叉截面积（S）构成为35%以上，而得到规定的Cv值。

Description

隔膜阀

技术领域

本发明涉及隔膜阀，特别涉及在被很紧凑地小型化的同时能够发挥稳定的高流量（高Cv值）、例如很适合于向半导体制造装置的气体供给系统的使用的隔膜阀。

背景技术

一般，作为半导体制造工艺中的气体供给系统的控制阀等，所谓的直接接触型的隔膜阀的使用是主流。直接式隔膜阀其优点为下述等：由于也由被作为对于外部的密封件使用的金属隔膜直接进行阀座的关闭，能够构成在气体接触部不拥有多余的零件的非常简单的流路，所以在气体接触部内没有金属彼此的滑动部位，成为最适合于流体的清洁化的构造。但是，在能够确保的行程方面有限度，与波纹管阀等其他阀种相比，在构造上难以确保大流量。

此外，为了高品质地制造半导体元件等高度精密的设备，上述那样的气体供给系统等半导体制造工艺设备需要全部收容在所谓的清洁室内。清洁室是悬浮粒子、微生物被管理（污染控制）为规定的洁净度等级，并且除了被运入的材料、药品、水等以外，对于入室的作业者也确保规定等级的洁净度，根据需要也能够对温度、湿度、压力等环境条件进行管理的密封空间，在清洁室的导入时，除了对应于容积而增大的初始设备费以外，还需要用于维持管理及经常性运转的运行成本，作为生产设备费而成为较大的负担。因此，在清洁室的导入中，必须设计为对应于用途是最优、不产生浪费那样的容积、结构。

因此，上述那样的隔膜阀尽可能被紧凑地小型化成为基本的要求。例如，在集成化气体系统中，将阀体与其他设备类一起装入不具有接头的紧凑的底座块中而集成化。特别是在近年来，具体而言例如使用被显著地紧凑地小型化到流路径为几毫米左右、并且包含在1边为3cm左右的长方体形状中之程度的阀体也变得普遍。

另一方面，近年来对于智能手机等搭载半导体的设备的进一步的高性能化及节电化、性能提高等的需求日益变高，随之，对于半导体元件日益要求微细化、高集成化，并且半导体制造工艺的多样化显著地进展。因此，在制造工艺使用的各种工艺气体中，也除了对应于各个用途而伴随着高温化、高压化等以外，特别是对应于硅晶片的大径化或液晶面板等的大型化、或生产系统的大型化或向特别的气体供给方式的变更等，供给流量的进一步的增加（高流量）成为基本的需要。因此，在作为供给气体的控制阀使用的上述那样的隔膜阀中，也需要最适合于各个用途的阀开发，与紧凑化的要求相反，特别是向大流量化（Cv值的增大）的要求日益变高。

阀的Cv值除了流体特性等以外，基本上根据流路截面积的大小或流体阻力的大小而决定，所以为了高流量化，只要在阀内适当地设计流路构造以使流体阻力不增加或使流体阻力减少，同时使流路容积增大就可以。因此，基本上只要在将阀构造大型化（或大型的大容量阀的应用）而提高流路设计的自由度的基础上适当地形成流路，就能够比较容易地实现与需要Cv值对应的高流量化。

可是，隔膜阀由于如上述那样与其他设备类一起尽可能集成化以消除死空间，并且通常被设置在多个部位，所以如果将其大型化，则占有空间也增大，所以不仅对于紧凑化的基本的要求受损，而且气体供给系统整体的占有空间的最优化也受损，进而收容它的清洁室的容积也不可避免地大型化。由此，也带来半导体制造设备费的增大，产生半导体制品的制造成本恶化的问题。特别是，近年来随着制造工艺的多样化、复杂化，需要多种气体的切换、控制的趋势变高，由此应设置的阀的数量也处于增加趋势，所以必须使各个阀的占地面积（footprint）减小而抑制设置面积的增大的必要性日益变高。因而，在半导体制造装置中使用的阀必须将其尺寸维持或更小型化，而且，必须在流量的稳定化的同时实现流量的增大。

所以，可以考虑通过在将阀体（特别是几厘米左右的紧凑的尺寸的阀体）的尺寸维持或实现更加小型化的同时，在该受限的尺寸的阀体内容积中适当形成大容量且能够达成高Cv值的流路空间，来发挥稳定的高流量的方法。这是因为，根据这样的流路构造、形状的最优化，能够不在阀中使用再其他的部件或阀的结构过度地复杂化而维持零件件数，并且不选择使用流体而最简便地实现高流量化，从阀的生产率及成本性等的各方面看都是最优的。以往以来，鉴于上述实际情况而提出了各种隔膜阀，作为其例子，存在专利文献1、2。

在专利文献1中，表示了在阀室内表面中的阀座的周围形成的槽部，该槽部具备以比将槽宽作为直径的圆形大的面积开口的槽出入口。此外，该槽出入口至少其一部分在槽侧面开口。进而，槽部具有规定的槽深及槽底面，该槽底面为朝向槽出入口变深的形状。

专利文献2所示的金属隔膜阀具备中央部向上方隆起的金属隔膜，为在形成于阀室的下方并与流出路连通的环状槽和流出路的交叉截面积比流出路的截面积大的情况，为环状槽具备两侧面和底面且流出路与环状槽的两侧面和底面连接、使流出路的直径比环状槽的槽宽大那样的情况，或者为与环状槽的槽宽相比使呈截面圆状的流出路的直径为1.5～2.5倍较大的结构，通过这样的结构，实现了作为从阀室到流出路的流路整体流过较大的流量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2005/066528

专利文献2：日本特许第4587419号公报。

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1虽然实现了流量增大，但基本上是作为气体容器阀提出的，设想了使用状况与本发明不同的阀，主题被替换为真空排气性、净化性等的气体置换性。因此，完全不适合在将在气体供给系统中使用的阀尺寸尽可能维持得紧凑的原状下实现稳定的高Cv值的阀，并且该文献关于具体的流路构造只不过表示了很简单的形状。

特别是，该文献的流路构造关于对于稳定的高Cv值的发挥较重要的成为出口侧的第2流路的构造，仅在图面上进行了表示，具体而言，虽然第2流路的内径被形成为比槽部的槽宽稍大的程度，但为了要在受限的阀体尺寸内最大限度确保流路空间的同时实现高Cv值，出口侧的流路内径的大小完全不足。因此，该文献完全没有考虑到在特别用在气体供给系统中那样的被紧凑地小型化的阀中将阀体内容积最优、最大限度地利用的观点。

在专利文献2中，规定了环状槽与流出路的交叉截面积，该交叉截面积形成为比流出路的截面积大。但是，在想要确保这样的较大的交叉截面积的情况下，必须以朝向环状槽相当深地交叉的方式在阀体形成2次侧流路，在此情况下，因2次侧流路与将隔膜外周围固定的固定部、阀座等其他部位接近而形成，阀体的强度有可能受损，并且根据阀体形状及阀的使用状况，有在阀体能够形成的2次侧流路的位置、方向受限制的问题。

此外，在该文献的流路构造中，截面圆状的流出路的直径也与环状槽的槽宽相比形成为1.5～2.5倍的大小，但即使是该程度的直径的大小，从在受限的阀体内容积中最大限度确保流路空间的占有空间的观点，特别是从近年来的必须满足紧凑性和稳定的高流量性的较高的兼顾要求水准的观点，不得不说还是不充分的。

进而，在专利文献1、2哪个中，2次侧流路的前端部（阀的最深部）都到达了环状槽的内径位置，或形成直到比该内径更深地进入的位置。通常，在阀体形成2次侧流路的情况下，用规定的刀具进行切削加工，但在这样在阀体将2次侧流路形成直到环状槽内径以上的深度的情况下，根据切削加工尺寸的管理的方式，有切削刀具的前端到达阀座的正下方位置或外侧敛缝部附近等近旁位置的情况。如果这样切削到达相对于阀座过近的位置，则外侧敛缝部的强度偏倚，在阀座的敛缝工序中敛缝状态变得不均匀，有可能在阀的密封性上产生不良影响。由此，必须不使2次侧流路的进深到达阀座近旁位置而最优地确保流路空间。

所以，本发明是为了解决上述问题点而开发的，其目的在于提供一种隔膜阀，所述隔膜阀是被很紧凑地小型化的阀，通过能够不损害阀体的强度而形成与规定的Cv值对应的最优的流路空间，能够发挥高流量且稳定的高Cv值。

用来解决课题的手段

为了达到上述目的，有关技术方案1的发明是一种隔膜阀，具备：阀座，配设于阀体内的阀室；环状槽，设置在阀座的外周围；隔膜，设置成能够经由推压机构相对于阀座接触分离；以及一次侧流路，与阀室连通；在该隔膜阀中，连续设置于环状槽的二次侧流路的内径为环状槽的槽宽的2.0～4.5倍，环状槽与二次侧流路的交叉截面积比二次侧流路的截面积小，并且相对于二次侧流路的截面积将交叉截面积构成为35%以上，而得到规定的Cv值。

有关技术方案2的发明是一种隔膜阀，二次侧流路的内径为环状槽的槽宽的2.8～4.5倍。

有关技术方案3的发明是一种隔膜阀，使二次侧流路的内径相对于环状槽以直线状交叉，使二次侧流路的半圆形状部位连续设置于环状槽的外径。

有关技术方案4的发明是一种隔膜阀，形成使二次侧流路不到达环状槽的内径而是连续设置直到跟前位置的半圆缺口槽，该半圆缺口槽的碰抵面通过平端加工而做成平坦形状。

有关技术方案5的发明是一种隔膜阀，交叉截面积是将半圆形状部位的面积与半圆缺口槽的连续设置面积相加所得的面积。

有关技术方案6的发明是一种隔膜阀，规定的Cv值为0.75以上。

发明效果

根据技术方案1所记载的发明，由于连续设置于环状槽的二次侧流路的内径是环状槽的槽宽的2.0～4.5倍，所以确保足够大的2次侧流路的内径、容积，所以在被紧凑地小型化的阀体内容积中以足够的效率确保流路的占有空间。

此外，由于环状槽与2次侧流路的交叉截面积是比2次侧流路截面积小的面积，并且为35%以上的面积，所以当流体从环状槽向2次侧流路流出时，流路截面积平缓地依次扩大，既不会被缩小，也不会急剧地变化，并且2次侧流路被形成在很大的流路空间。因此，在被紧凑地小型化的阀体内容积中，也能够将从阀室侧向2次侧的流体的流量确保得很大，能够实现可靠的高流量化，并且流体的流动容易稳定，Cv值的变动幅度也被抑制得较小，不会紊乱。

进而，由于在2次侧流路的加工中不需要较大的交叉截面积的形成，所以不需要朝向环状槽的过深的切削加工，阀体强度不会受损，并且加工较容易，所以能够对各种各样类型的阀体应用。因此，能够设计与在广泛的阀体中需要的规定的Cv值对应的最优的流路空间，其加工作业性也很好。

根据技术方案2所记载的发明，由于2次侧流路的内径为环状槽的槽宽的2.8～4.5倍，所以内径尺寸被优化，特别能够稳定地得到在近年来的半导体制造装置的气体供给系统等中被要求的较高的Cv值。

根据技术方案3所记载的发明，由于使2次侧流路的内径相对于环状槽以直线状交叉，所以向阀体内的2次侧流路的加工很简单化，并且从环状槽的流体的穿过、流出也变好。与此同时，由于使2次侧流路的半圆形状部位连续设置于环状槽的外径，所以阀室内的流体能够从在环状槽的侧面较大地开口的半圆形状部位直接向2次侧流路流出，与直线状的2次侧流路形状相辅相成，流出效率极为提高，由此，能够发挥阀的高流量和稳定的高Cv值。并且，半圆形状部位由于能够仅通过使2次侧流路的旋转切削刀具原样侵入到环状槽而形成，所以加工很容易。

根据技术方案4所记载的发明，由于形成使2次侧流路不到达环状槽的内径而是连续设置直到跟前位置的半圆缺口槽，所以2次侧流路的前端部不会被加工直到成为环状槽的内径、至少成为阀座的外径位置附近的较深的位置。由此，不担心产生阀座的外侧敛缝部的强度偏倚而给敛缝工序产生不良影响。此外，由于半圆形状部位的碰抵面通过平端加工而做成平坦形状，所以能够将前述交叉截面积确保得最大。

根据技术方案5所记载的发明，由于交叉截面积为将半圆形状部位的面积与半圆缺口槽的连续设置面积相加所得的面积，所以交叉截面积的设计变得很简单，并且能够可靠地得到高流量且稳定的Cv值。

根据技术方案6所记载的发明，由于规定的Cv值为0.75以上，所以能够提供能够稳定地对应于许多使用条件的高流量阀，能够一举解决紧凑化、流量的稳定性和高流量等的目的。

附图说明

图1是本例的隔膜阀的剖视图。

图2是将图1的阀全开状态下的阀体放大表示的主要部放大剖视图。

图3是将示意地表示的本例的阀体的立体的剖视图从下方斜向观察而将主要部放大的主要部放大图。

图4是将示意地表示的本例的阀体的立体的剖视图从上方斜向观察而将主要部放大的主要部放大图。

图5（a）是示意地表示的本例的阀体的侧视图，图5（b）是示意地表示的本例的阀体的俯视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一实施方式的构造详细地进行说明。图1是本实施方式（本例）的阀用致动器和具备它的状态的本例的隔膜阀的剖视图，该图中央线的左侧半部表示本例的阀的全闭状态，右侧半部表示本例的阀的全开状态。图2是在图1中将阀的阀体50的部分放大表示的主要部放大剖视图。另外，本例的阀用致动器的构造和作用使用图1在后面叙述。

在图1、图2中，本例的隔膜阀具备：阀座52，配设在阀体50内的阀室51；环状槽53，设置在阀座52的外周围；隔膜55，设置成能够经由推压机构54相对于阀座52接触分离；以及一次侧流路56，与阀室51连通。另外，本例的推压机构54在阀体50具备空气压力的致动器主体100，由此构成能够进行空气驱动的隔膜阀，但作为推压机构54，除此以外也可以是具有手柄的手动机构等，只要是能够将隔膜55推压的机构，能够根据实施而任意地选择。

阀体50为金属制（SUS316L），呈一边为约3.5厘米左右的大致长方体形状，在两侧面，一次侧流路56和二次侧流路57分别沿大致水平方向延伸设置。本例的一次侧流路其内径与二次侧流路57的内径大致相同，对阀体50侧面从大致水平方向朝向内部的环状槽53的轴心位置方向进行切削加工以使前端成为球状，由从该球状的碰抵面以直线状朝向下方的倾斜部56a、和以锐角铅直朝上折回并向阀室51内开口的纵孔部56b形成。

阀座52在本例中是PCTFE制，通过敛缝固定被固接到环状的装接槽65，隔膜55的下表面侧挠性变形而能够与其上表面侧密接（就座），所述装接槽65设置在内径为大致圆形的纵孔部56b的开口部63的外周围。本例的隔膜55被形成为大致圆形状，将9片Co合金制隔膜重叠而构成。隔膜55的外周围被夹装固定在形成于环状槽53的外侧面53a的外周围的凸部64与后述的阀帽32的下表面之间。

环状槽53以环状形成在阀座52的外周围，在本例中，成为具有外侧面53a、内侧面53b、底面53c的截面大致コ字形状。在图2中，w表示环状槽53的槽宽（外侧面53a的直径与内侧面53b的直径的差的一半），h是环状槽53的槽深（开口部63与底面53c的高低差（距离））。

为了高流量化，在阀体50的构造容许的限度内最大限度地确保环状槽53的槽宽w，实现阀室51的容积的最大化。即，通过将外侧面53a的最大径确保到与环状凸部64的内径相同程度、将内侧面53b的最小径确保到具有规定直径的环状的阀座52的敛缝部外侧之程度，最大限度确保成为外侧面53a与内侧面53b的间隙的槽宽w。

在图2中，二次侧流路57的内径相对于环状槽53以直线状交叉。在本例中，至少二次侧流路57的上侧内周面57a是笔直形状并朝向环状槽53的轴心位置方向形成，并且该内周面57a与环状槽53的外侧面53a在大致直角方向上交叉。如果这样以直线状交叉，则从环状槽53侧向二次侧流路57侧流体的穿过变好，能够有利于Cv值提高，并且阀的加工性也良好。

此外，如图3所示，使二次侧流路57的半圆形部位59连续设置于环状槽53的外径。在本例中，截面大致圆形状的二次侧流路57的上侧内周面57a与形成为大致筒状的环状槽53的外侧面53a（外径）交叉时形成的大致圆筒面内的半圆形状的开口部位是半圆形部位59，如在图5（a）中作为带有影线的区域表示那样，设该半圆形部位59的面积为S₁。如果将这样的半圆形部位59连续设置，则通常仅通过朝向环状槽53穿设加工二次侧流路57，就能够确保在阀室51内是较大的开口面积且流体阻力较小的流路空间，所以是优选的。

在图2、图4中，形成有使二次侧流路57不到达环状槽53的内径而是连续设置直到跟前位置的半圆缺口槽60。在本例中，二次侧流路57的阀体50内部的最深的位置（前端部）是半圆缺口槽60的碰抵面61的位置，但该碰抵面61没有到达环状槽53的内侧面53b的位置，而是直到其跟前位置，具体而言，在图2中，连续设置直到从外侧面53a的位置向环状槽53的轴心径向的侵入深度L的位置。由于这样不会到达到环状槽53的内径，所以阀座52等支承构造的刚性、强度不会因过度的切削而受损。

此外，碰抵面61通过平端加工而做成平坦形状。二次侧流路57是用旋转刀具从阀体50的侧面朝向大致水平方向笔直地刻设加工的，该刻设时的碰抵面的形状除了一次侧流路56那样的球状以外，也可以是圆锥形状等，可以根据实施而任意地选择，但在本例中，呈由平端加工得到的平坦形状。在这样的平坦形状的情况下，能够将后述的连续设置面积S₂形成得最大，也能够最大限度确保交叉截面积S。

在图5（b）中，将本例的半圆缺口槽60的连续设置面积S₂表示为带有影线的区域。该面积S₂如图示那样，在将阀体50从正上方向往下俯视的情况下，是二次侧流路57与环状槽53交叉的区域的面积，本例的面积S₂为大致由碰抵面61和外侧面53a包围的大致弓形状的区域。

本发明的交叉截面积，是环状槽形成的空间区域与二次侧流路形成的空间区域交叉的边界面的面积，是从阀室向二次侧达到时的流路截面积，所以其大小、形状左右着流体的Cv值。基本上，交叉截面积越大，越能稳定地得到较大的Cv值，但由于因阀体的构造的制约等而有极限，所以需要最优地设定，此时，与2次侧流路截面积的关系是重要的。

本例的交叉截面积S为将图5（a）所示的半圆形部位59的面积S₁与图5（b）所示的半圆缺口槽60的连续设置面积S₂相加所得的面积（S=S₁+S₂）。交叉截面积的定义严格地讲是有范围的，在做成复杂的区域的情况下面积的计算变得复杂，但在如本例那样定义的情况下，在保持其意义的同时，交叉截面积S的计算变得简单，有利于阀体的简单且最优的设计。

在图2中，连续设置于环状槽53的二次侧流路57的内径R设定为环状槽53的槽宽w的2.0～4.5倍，优选的是设定为2.8～4.5倍。在该图中，在将二次侧流路57的中心轴X的位置固定后，从该中心轴X向半径方向设定了二次侧流路57的内径R的大小。此外，二次侧流路57的截面积T在本例的情况下由于截面是大致圆形，所以与根据内径R计算出的圆的面积大致相等。进而，在该图中，表示了后述的高度H，本例的高度H是二次侧流路57的上侧内周面57a的最高点位置与环状槽53的底面53c的位置的高低差（距离）。该高度H的调整是将上侧内周面57a的位置固定、使底面53c的位置变化而设定的。

此外，环状槽53与二次侧流路57的交叉截面积S比二次侧流路57的截面积T小，并且，相对于二次侧流路57的截面积T，将交叉截面积S构成为35%以上，而得到规定的Cv值。通过这样相对于二次侧流路57的截面积T调整交叉截面积S，当从环状槽53侧经由交叉区域（交叉截面积S）向截面积T的二次侧流路57达到时，流路截面积不会被过度地缩减，而是依次扩大，流动、穿过变得良好，能够得到较高而稳定的Cv值。

本发明的阀为了适当地使阀高流量化，预先设定规定的Cv值，基于规定的流体分析手段进行分析而设定能够满足它的阀体50的流路构造的容许范围。具体而言，以将环状槽53的槽宽w预先在阀体50的构造的限制的范围内最大限度地确保为前提，将二次侧流路57的内径R的上限大径化到外部密封部保留之程度、即在阀体50的强度及密封性等方面不产生妨碍之限度，更具体地讲，如果是直到相对于槽宽w为4.5倍左右的大小为止，则作为近年来的在半导体制造工艺环境的使用中要求的许多阀满足的条件是足够的。

另一方面，二次侧流路57的内径R的下限以内径R的变动与阀的Cv值的变动大小同顺序地变动为前提，相对于适当地设定的目标Cv值，设定为能够满足该Cv值以上的直径以上的直径，具体而言，如果相对于槽宽w设定为2.0倍以上、更优选的是设定为2.8倍以上，则以对在近年来的半导体制造工艺中的高纯度气体供给系统中使用的隔膜阀要求的性能（高流量且紧凑）为代表，作为在许多使用环境中使用的阀的特性是足够的。交叉截面积S相对于二次侧流路57的截面积T的下限也与上述是同样的，具体而言，只要相对于截面积T设定为35%以上就足够。

此外，在本发明中，规定的Cv值设为0.75以上。这是因为，Cv值0.75以上的数值是对于近年来需要那样的高流量化在各种各样的阀种及使用环境中共同地满足要求条件的标准的数值，特别是在用于半导体制造装置的被紧凑地小型化的阀中适合作为达成目标数值。

实施例

接着，说明本例的隔膜阀的流体分析。在该流体分析中，作为目标Cv值而设定0.75，基于使用规定的3D－CAD流体分析软件的分析，发现了满足该条件那样的在阀体50形成的流路构造的各构成要素的尺寸的优选的数值范围。

首先，如果关于环状槽53的尺寸进行讨论，则当然截面积较大能够使阀的Cv值提高，所以在想要在避免阀的大型化的同时进行高流量化的情况下，只要使环状槽53的截面积增加就可以，但是阀体50的构造上有制约。例如，使外侧面53a的直径比将隔膜55的外周围夹装固定的凸部64的直径大虽然也不是不可能的，但由于加工变难，所以必须避免，因此，最大也需要采用与凸部64的直径相同程度。此外，在本例中，由于使用约Φ25mm的隔膜55，所以外侧面53a的直径设为比该隔膜55的直径稍稍小径的Φ22.2mm。

内侧面53b的直径由于必须尽可能将一次侧流路56的纵孔部56b的内径确保得较大，所以虽然设为比成为阀座敛缝部外侧的装接槽65外侧小的直径也不是不可能的，但由于加工变难，所以需要避免。在本例中，将纵孔部56b内径设为约Φ7mm，由于在其外径侧设置有阀座52，所以内侧面53b的直径最小也为约Φ15mm。由此，本例的槽宽w被设定为（外侧面53a的直径－内侧面53b的直径）/2=3.6mm。

环状槽53的槽深h如果设定得过浅，则环状槽53与2次侧流路57的交叉截面积S变小，相反，如果设定得过深，则环状槽53的底部与一次侧流路56干涉。所以，在本例中，将槽深h设定为约8.0mm，并将一次侧流路56的构造如上述那样用倾斜部56a和纵孔部56b构成，以使其向该设定得稍深的环状槽53的下侧潜过，避免两者的干涉。

接着，说明环状槽53的高度H的优选的数值范围。在该流体分析中，在将环状槽53的槽宽w固定为3.6mm、将二次侧流路57的内径R固定为Φ10.2mm（此时截面积T为81.7mm²）、将侵入深度L固定为2.6mm的状态下，将环状槽53的高度H变更而进行Cv值分析，得到了满足目标Cv值以上的高度H的下限值。随着该高度H的变动，槽深h、交叉截面积S也变动。

结果，判明与目标Cv值0.75以上对应的高度H的下限值为1.9mm，如果将该值换算为槽深h则为约6.0mm，它成为槽深h的下限值。此外，在环状槽53的底面53c的位置在图2中成为比中心轴X靠下侧的情况下，产生与一次侧流路56的干涉，所以槽深h的上限成为作为该中心轴X的位置的大约9.0mm左右。由此，在本例中，槽深h的数值范围优选的是6.0mm～9.0mm左右。另外，在与槽宽w的关系中，h/w成为优选的是约1.8～2.5左右。此外，当该高度H成为上述下限值时，交叉截面积S为27.3mm²。

接着，说明槽宽w与内径R的关系的优选的数值范围。在该流体分析中，也在将环状槽53的槽宽w固定为3.6mm、将槽深h固定为8.0mm、将二次侧流路57的侵入深度L固定为2.6mm的状态下，将二次侧流路57的内径R变更而进行Cv值分析，得到满足目标Cv值以上的内径R的下限值。随着该内径R的变动，高度H及截面积T、S也变动。

结果，判明了与目标Cv值0.75以上对应的内径R的下限值为Φ7.5mm。另外，内径R的上限值虽然没有进行流体分析，但若从本例的阀体50的构造看，由于能够大径化到外部密封部保留之程度，所以成为约Φ16mm左右。由此，在本例中，二次侧流路57的内径R的数值范围优选的是Φ7.5mm～Φ16mm左右。因此，在与槽宽w的关系中，R/w成为优选的是约2.0～4.5倍左右。此外，当该内径R成为上述下限值时，交叉截面积S为28.7mm²。

进而，在作为目标Cv值而设定为更优选的0.86以上的情况下，内径R的下限值为Φ10.2mm。由此，作为与其对应的R/w的数值范围，如果设定约2.8～4.5则更为优选。

接着，说明交叉截面积S与截面积T的关系的优选的数值范围。在该流体分析中，也在将环状槽53的槽宽w固定为3.6mm、将槽深h固定为8.0mm（此时高度H为3.9mm）、将二次侧流路57的内径R固定为Φ10.2mm（此时截面积T为81.7mm²）的状态下，将二次侧流路57的侵入深度L变更而进行Cv值分析，得到满足目标Cv值以上的侵入深度L的下限值。随着该侵入深度L的变动，交叉截面积S也变动。

结果，判明了与目标Cv值0.75以上对应的侵入深度L的下限值为0.6mm。此外，在该下限值时，交叉截面积S为25.2mm²。

如果将以上的流体分析结果汇总，则成为以下的表1。

此外，关于上述中的交叉截面积S的值，可以说优选的是相对于目标Cv值0.75以上的设定而设定为数值最高的28.7mm²以上。在此情况下，在与二次侧流路57的截面积T的关系中，可以认为如果使用T为最大的值81.7mm²而确保S/T=约35%左右以上则足够。因此，不需要设定为以往技术中提出那样的S＞T，有利于阀体的加工性及流体的阻力性的提高。

接着，说明本例的阀用致动器（推压机构54）的构造。在图1中，本例的阀用致动器是以下这样的空气驱动致动器：配置有被设置在致动器主体100内的弹性部件8（弹簧8）施力的活塞2、以及用来借助空气压使活塞2移动的至少两个空气室3（3a、3b）；并且将用来使在阀闭方向上被放大的力发挥的增力机构1收纳到某个空气室3。

罩4外观呈大致圆筒形状，在轴心位置，设置有用来与设置在外部的未图示的空气源连接的连接部5，形成有与连接部5相连的流路5a，进而设置有与流路5a相连的能够与活塞2嵌合的嵌合部10。在罩4的下端部，设置有能够与壳体6的阴螺纹部7螺接的阳螺纹部9。此外，在罩4的内部，凹设有用来对弹簧8施力的承接部11。

壳体6形成为与罩4大致同径的圆筒状的外观，在上端部形成有前述的阴螺纹部7，在下端部形成有能够与基座12的阴螺纹部13螺接的阳螺纹部14。为了将阴螺纹部13与阳螺纹部14之间密封而夹装着O形圈15。此外，在壳体6的内周面，形成有与副基座16（sub-base）卡合的台阶部17。

基座12其上部形成为与壳体6大致同径的筒状，下部以比上部以台阶状缩径的方式形成，并且形成有能够与阀体50的阴螺纹部62螺接的阳螺纹部20。此外，在中央的轴心位置，开设有能够与输出部件21（盘部件21）嵌合而安装的安装孔22，在该安装孔22的内周面设置有O形圈23。

阀帽32形成为大致筒状，在本例的阀的组装时设置在基座12与阀体50之间，借助将阴螺纹部62与阳螺纹部20螺合时的拧紧力，基座12的下端面推压阀帽32，借助该推压力，将隔膜55的周缘部夹装在阀帽32的下表面与凸部64之间而固定在阀室内。此外，阀帽32的内周面成为形成为大致相同直径的筒状空间，在该内周面，大致圆柱形状的隔膜件（diaphragm piece）33与该内周面大致没有阻力而能够滑动地嵌合。此外，隔膜件33的上表面设置为，嵌合在安装孔22的盘部件21的下端面能够抵接。

活塞2将活塞部2a和延伸部2d、以及活塞部2b和延伸部2c分别一体地形成，将这两个部件组合而构成。具体而言，在活塞部2a和延伸部2c的情况下，将圆盘状的活塞部2a和在内部具有流路36的圆柱状的延伸部2d一体形成为伞状，在延伸部2d的圆形端面，以经过成为中心位置的流路36的开口部的方式切出槽而形成流路35，将活塞部2b和在内部具有流路34的延伸部2c也同样一体形成为伞状。然后，将切出了流路35的延伸部2d的端面组合到活塞部2b的中心位置，以使流路34、35相互连通，由两个部件构成活塞2，但也可以由单一的部件一体地构成活塞2整体。

此外，在活塞部2a、2b的外周缘部，分别设置有O形圈37、38，能够在与壳体6的内周面之间滑动的同时进行密封。活塞部2a、2b的外径与壳体6的比台阶部17靠上侧的内径和靠下侧的内径分别适合，如后述那样，对应于空气的给排，能够在维持着空气室3a、3b内的密封性的原状下进行活塞2的致动器主体100内的阀行程动作。

通过上述的构造，在本例的致动器的组装完成时，形成在活塞部2a的下表面侧与基座12的内周面之间的密封空间成为被导入来自流路36的供给空气的第一空气室3a，形成在活塞部2b的下表面侧与副基座16的上表面侧之间的密封空间成为被导入来自流路35的供给空气的第二空气室3b。这样，在本例中将空气室3增设为第一空气室3a和第二空气室3b这两个。借助这样的活塞2和壳体6的结构，紧凑地设置了多个空气室，所以在本例中，能够在避免致动器主体100的过度的大型化及零件件数的增加的同时，确保可靠的空气驱动力。另外，在致动器主体100的高度被条件容许的范围中，例如也可以将壳体6设计得较长而将活塞2做成3级以上的结构。

盘部件21由大致圆板状的大径部39和大致圆筒状的小径部40构成，在本例中将它们一体形成，所述大径部39与后述的凸轮部件42、43的凸轮面42b、43b分别抵接，所述小径部40能够与形成在致动器下部的基座12的安装孔22嵌合。具体而言，如图1所示，本例的致动器中内置的盘部件21其小径部40与安装孔22上下滑动自如地嵌合，大径部39的周缘部与台阶部面41上下动自如地卡合，所述台阶部面41形成在基座12的内部底面，与大径部39的形状适合而形成。另外，本例的盘部件21的材质使用对机械构造用钢（S45C－H HRC40）施以了MoS2涂层处理（膜厚约10μm）的原材料。

在安装孔22内周面装接O形圈23，将与小径部40之间密封。在本例的作用中如后述那样，由于基座12成为静止侧部件并且盘部件21成为可动侧部件，所以如果将密封部件设置在基座12侧则能够减小基座12的底部的厚度，所以对于阀的小型化是优选的。

在图1中，本例的增力机构1将一对凸轮部件42、43枢轴安装于共同的1根摆动轴44（凸轮轴杆）、并将这一对凸轮部件42、43收纳到第一空气室3a而构成，这些凸轮部件42、43在上端部分别设置有与活塞2抵接的抵接部42a、43a，另一方面，在下端部分别形成有与盘部件21抵接的凸状的凸轮面42b、43b。另外，47a是支架47的环状部，47b是支架47的支承部。本例的支架47由环状部47a和两个支承部47b构成，所述环状部47a以与基座12的低侧面适合的方式形成为环状，所述两个支承部47b分别一体形成在该环状部47a的内周侧并对置配置。

在抵接部42a、43a，分别设置有辊部45、46。辊部45、46其辊45a、46a分别转动自如地设置在辊轴杆45b、46b，在本例中，通过这些辊45a、46a相对于活塞部2a的下表面能够滚动地抵接，构成抵接部42a、43a。另外，抵接部也可以不设置上述那样的辊部，而是例如如后述的图4示意地表示那样，在凸轮部件的上端部形成大致圆弧形状的圆弧部，以该圆弧部直接与活塞的下表面抵接、滑动的方式构成，在这样的情况下，能够削减致动器的零件件数而简单地构成。

接着，说明本例的致动器的作用。首先，如果从填充着空气的状态的空气室3将空气排出，则已成为规定的压力的第1空气室3a、第2空气室3b的内压下降到外界气压，活塞2随着从空气室3受到的压力减小，被弹簧8的作用力向下方推下。被推下的活塞2的下表面一边与增力机构1的抵接部42a、43a抵接一边进行推压而使凸轮部件42、43分别绕摆动轴44转动，随着该转动，凸轮面42b、43b推压盘部件21的大径部39，将盘部件21向下方推下。

由于盘部件21的小径部40下端部与隔膜件33的上表面抵接，所以随着盘部件21的推下，隔膜件33也被推下。由于隔膜件33的下表面与隔膜55抵接，所以如果隔膜件33下降，则隔膜55的上表面被隔膜件33的下表面推压而挠性变形。隔膜件33的下表面使隔膜55以朝向下侧凹陷的方式变形，通过隔膜55的下表面以规定的压力压接于阀座52的上表面，隔膜件33在阀行程的下限位置被卡止，并且阀室的1次侧流路56与环状槽53被隔离，阀成为全闭状态。

接着，说明在该全闭状态下将空气填充到空气室3而设为全开状态的情况下的作用。在向空气室3导入空气时，从未图示的空气源压入的空气经过设置在活塞2的延伸部2c的流路34，接着经过设置在延伸部2d的流路35被向第2空气室3b压入。同时，经过设置在延伸部2d的流路36也被向第1空气室3a压入。

活塞2被弹簧8朝向下方施力，但在第1空气室3a中，可动部件除了后述的盘部件21以外只是活塞部2a，所以如果空气室3a的空气压上升而超过弹簧8的作用力，则该空气压作用以将活塞部2a向上推起。同样，在第2空气室3b中，副基座16被固定在壳体6的内周面，所以可动部件也只是活塞部2b，如果空气室3b内的空气压上升而超过弹簧8的作用力，则活塞部2b被向上推起。由此，活塞2整体在维持着与壳体6的内周面之间的密封的原状下滑动而被向上方推起。

这里，作用于活塞2的空气压与活塞2的朝向空气室3内的面积成比例，但在本例中，通过将空气室3紧凑地做成除了第1空气室3a以外还有经由在同一个壳体6内部较薄地形成的副基座16的第2空气室3b的两级结构，在避免致动器的大型化的同时确保足够的活塞面积。

另一方面，由于隔膜55具有形状自我复原力，所以如果如上述那样，随着空气室3a、3b内的升压，凸轮部件42、43的抵接部42a、43a被从由活塞2带来的推下施力解除，则隔膜55借助自我复原反作用力，能够复原为作为自然状态的朝上平缓地弯曲的凸形状，借助该自我复原，从阀座52离开，阀成为全开状态。更具体地讲，借助该反作用力将隔膜件33推起，由此将盘部件21也推起，由此盘部件21将凸轮面42b、43b推起，由此凸轮部件42、43绕摆动轴44转动。

进而，本发明并不限定于前述实施方式的记载，在不脱离本发明的权利要求书所记载的发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

附图标记说明

50 阀体

51 阀室

52 阀座

53 环状槽

54 推压机构

55 隔膜

56 一次侧流路

57 二次侧流路

59 半圆形部位

60 半圆缺口槽

61 碰抵面

R 内径

w 槽宽

S交叉截面积

S₁ 半圆形部位的面积

S₂ 半圆缺口槽的连续设置面积

T 二次侧流路的截面积。

Claims (6)

1.一种隔膜阀，具备：阀座，配设于阀体内的阀室；环状槽，设置在阀座的外周围；隔膜，设置成能够经由推压机构相对于阀座接触分离；以及一次侧流路，与阀室连通；其特征在于，

连续设置于前述环状槽的二次侧流路的内径为前述环状槽的槽宽的2.0～4.5倍，前述环状槽与前述二次侧流路的交叉截面积比二次侧流路的截面积小，并且相对于二次侧流路的截面积将前述交叉截面积构成为35%以上，而得到规定的Cv值。

2.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，

前述二次侧流路的内径为前述环状槽的槽宽的2.8～4.5倍。

3.如权利要求1或2所述的隔膜阀，其特征在于，

使前述二次侧流路的内径相对于前述环状槽以直线状交叉，使前述二次侧流路的半圆形部位连续设置于前述环状槽的外径。

4.如权利要求1～3中任一项所述的隔膜阀，其特征在于，

形成使前述二次侧流路不到达前述环状槽的内径而是连续设置直到跟前位置的半圆缺口槽，该半圆缺口槽的碰抵面通过平端加工而做成平坦形状。

5.如权利要求1～4中任一项所述的隔膜阀，其特征在于，

前述交叉截面积是将前述半圆形状部位的面积与前述半圆缺口槽的连续设置面积相加所得的面积。

6.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，

前述规定的Cv值为0.75以上。