CN101206486B - 调节器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止设定压力上升的调节器。在将流体控制为设定压力的调节器(1)中，与阀体(7)接触或分离的阀座部(15)的硬度为D70以下。在将流体控制为设定压力的调节器(1)中，在温度为23度的条件下，与阀体(7)接触或分离的阀座部(15)的拉伸延伸率达250％以上。优选所述阀座部以PFA或PTFE为材料。

Description

调节器

发明领域

本发明涉及以设定压力调节流体的调节器。

背景技术

以往，半导体制造装置制造的半导体中，供给至晶片的作用气体的流量或压力会使产品质量产生偏差。因此，为了以设定压力控制供给至晶片的作用气体的压力，半导体制造装置装载有调节器。

调节器在PCTFE制阀座中可以接触或分离地设有提升阀体，根据提升阀体与阀座之间的阀开度控制流入压力室内的流体。调节阀通过调整阀开度以使压力室的内部压力与设定压力一致，从而能够以设定压力调节作用气体的压力。提升阀体没有设置滑动部，以便能够应对微小的压力变化。

专利文献1：日本专利公开2004-362036号公报

专利文献2：日本专利公开2005-128697号公报

PCTFE与其它含氟树脂相比，机械强度较大，因此，以往虽然考虑到使用了PCTFE制阀座的调节器在使用中设定压力不易上升，但是实际上，在使用中设定压力有时也会上升。

发明人为了查明调节器的设定压力上升的理由，对使用PCTFE制阀座的调节器的密封性(耐久性)进行了调查。结果，以往的调节器在提升阀与某一转数的阀座接触或分离时，会产生流体泄漏。

另外，发明人观察了设置在设定压力上升的调节器上的阀座的密封面。在图10A和图10B中显示了该观察结果。

在PCTFE制阀座的隔着阀座中心而位于相反位置处的密封面中，其中一个密封面的宽度如图10A所示，为120μm，另一密封面的宽度如图10B所示，为28μm。因此，对于PCTFE制阀座而言，提升阀体会发生一端接触。

提升阀体的一端接触是由阀座磨损造成的，作为磨损的结果，密封面会恶化，从而产生泄漏。从阀座泄漏的流体流入压力室，从而使设定压力上升。

为了校正提升阀体的一端接触，也可以考虑以机械方式改变调节阀的结构。但是，若考虑提升阀体不具有滑动部或者以多个结构部件形成调节器，则这种方法是较为困难的。

发明内容

本发明是为解决上述问题作出的，其目的在于提供了能够防止设定压力上升的调节器。

本发明涉及的调节器具有以下结构。

(1)在将流体控制为设定压力的调节器中，与阀体接触或分离的阀座部以硬度为D70以下的含氟树脂为材料。

(2)在将流体控制为设定压力的调节器中，与阀体接触或分离的阀座部，以温度为23度的条件下拉伸延伸率在250％以上的含氟树脂为材料。

(3)在(1)或(2)记载的发明中，所述阀座部以PFA或PTFE为材料。

(4)在(1)或(2)记载的发明中，其为控制1Mpa以下的流体的调节器。

发明效果

由于本发明的调节器使用了以硬度D70以下的柔软的含氟树脂制成的阀座部，因此，与阀体接触时阀座部易于变形，从而流体不易泄漏。因此，根据本发明的调节阀，能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。

由于本发明的调节器使用了在温度为23度的条件下拉伸延伸率在250％以上的易于变形的含氟树脂制阀座部，因此，阀座部的密封面不易磨损，从而不易产生泄漏。因此，根据本发明的调节器，能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。

在本发明的调节器中，优选阀座部采用以硬度为D70以下或以温度为23度时拉伸延伸率在250％以上的含氟树脂PFA或PTFE为材料。

在本发明的调节器中，由于对1Mpa以下的流体进行控制，因此减小阀体与阀座部接触的力。因此，根据本发明的调节器，即使在阀座部的强度较低或拉伸延伸率较大的情况下，阀座部也不易破损。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的调节阀的剖面图。

图2显示了用于调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验方法。

图3显示了调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验结果。纵轴表示喷出He后的泄漏量(Pa·m3/s)，横轴表示载荷(N)。

图4为调查耐久性的试验中使用的试验电路的电路图。

图5为比较PCTFE、PFA、PTFE的材料特性的视图。

图6A显示了PFA制阀座的耐久试验后的状态。

图6B显示了PFA制阀座的耐久试验后的状态。

图7A显示了PTFE制阀座的耐久试验后的状态。

图7B显示了PTFE制阀座的耐久试验后的状态。

图8显示了在颗粒评价试验中使用的装置的电路图。

图9显示了颗粒评价试验的试验结果。

图10A显示了在以往的调节器中使用的PCTFE制阀座的耐久试验后的状态。

图10B显示了在以往的调节器中使用的PCTFE制阀座的耐久试验后的状态。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的调节阀的一个实施例进行说明。

图1为本实施例涉及的调节器1的剖面图。

调节器1形成了在流路单元2上安装外壳3的外观结构。外壳3使第1筒体部4与第2筒体部5螺合连接。在第2筒体部5的上端部可转动地安装调整手柄6。内置于上流路单元2中的提升阀体7形成与膜片8分离设置的自由提升结构。提升阀体7以不锈钢等金属为材料。内置于外壳3中的调整机构9与膜片8接触。调整机构9的结构为：可以随着调整手柄6的转动而调节施加在膜片8上的外部压力并设定作用气体的设定压力。

调节器1分别使作用气体供给配管和腔室与形成于流路单元2中的第1口11和第2口12相连，并且将从第1口11流向第2口12的作用气体的压力调整为设定压力。在流路单元2中，以与第1口11连通的方式形成用于容纳提升阀体7的第1压力室13。在流路单元2的上表面以圆柱状开设有凹部14，从而使第1压力室13与第2口12连通。

流路单元2，在第1压力室13与凹部14连通的部分设置作为“阀座部”的一个例子的阀座15。流路单元2使阀座保持件16、膜片8、膜片推压件17层叠在阀座15上，并螺合连接第1筒体部4。

因此，通过使流路单元2与第1筒体部4螺合时产生的紧固力，将阀座15压住并保持在凹部14的底壁上。另外，膜片8被夹持在阀座保持件16与膜片推压件17之间并以气密方式堵塞凹部14，从而形成第2压力室18。

在第1压力室13中，以与阀座15接触或分离的方式容纳提升阀体7。在提升阀体7上，收缩设置在第1压力室13中的复位弹簧19的弹力始终作用在阀座15的方向(图中的上方)上。突出设置在提升阀体7上的突出部7a贯穿阀座15的中央部并向第2压力室18一侧突出。

通过调整机构9对调节器1的设定压力进行调节。调整机构9通过调压杆20使调压弹簧21与调节手柄6相连。调节手柄6通过活塞22与膜片8接触并对膜片8施加弹力。在图1所示的调节器1中，调节手柄6位于最上端并且不会在膜片8上施加外部压力。在这种状态下，膜片8与突出部7a分离。若使调节手柄6转动并使其下降，则压缩调压弹簧21，从而在膜片8上施加朝向阀座15方向(图中的下方)的力。膜片8与突出部7a接触而施加朝向图中的下方的力。

因此，在提升阀体7上，施加向图中上方作用的复位弹簧19的弹力和作用气体的流体压力的合力、以及向图中下方作用的调压弹簧21的弹力。调节器1中，在第2压力室18的压力为设定压力的情况下，向图中上方作用的复位弹簧19的弹力和作用气体的流体压力的合力与向图中下方作用的调压弹簧21的弹力平衡，提升阀体7与阀座15接触，以阻断流路。

与此相比，在第2压力室18的压力低于设定压力的情况下，膜片8向下变形，以下压提升阀体7。由此，阀开度增大，流入第2压力室18的作用气体增加，第2压力室18的压力升高。

另一方面，在第2压力室18的压力高于设定压力的情况下，膜片8向上变形，随之向上推动提升阀体7。由此，阀开度变小，流入第2压力室18的作用气体减少，第2压力室18的压力降低。

然而，如在上述发明解决的课题中说明的那样，使用了PCTFE制阀座的调节器存在使用中设定压力升高的问题。在调节器1中，提升阀体7被复位弹簧19托起并且在无滑动的状态下容纳在第1压力室13中。无滑动的原因在于：消除提升阀体7的机械损失，使提升阀体7能够根据微小的压力变化自由移动。因此，通过改变调节器的结构来防止设定压力上升实际上较为困难。

因此，本实施例的调节器1使用了以硬度为D70以下的含氟树脂或在周围温度为23度的条件下延伸率为250％以上的含氟树脂为材料的阀座15。

具体来说，使用以PFA(四氟乙烯-全氟基乙烯醚共聚物)或PTFE(聚四氟乙烯)为材料的阀座15。

另外，本实施例的调节器1用于控制流体压力为1MPa以下的流体。

发明人制造了PCTFE制阀座用样品150A、PFA制阀座用样品150B和PTFE制阀座用样品150C，对各个样品150A、150B、150C实施了调查密封性的试验。在图2中显示了用于调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验方法。

如图2所示，在调查阀座材料和密封性的关系的试验中，将样品150A(150B、150C)夹持在第1板31和第2板32之间。第1板31形成用于供给试样(在本实施例中为He)的流路34，将提升阀体7设定在流路34上。作为复位弹簧19的变化，载荷传感器33在提升阀体7上施加载荷，并将提升阀体7密封在样品150A(150B、150C)上。在第2板32中，在与流路34相同的轴上形成流路35，并使其与泄漏检测器36相连。

在试验中，通过载荷传感器33，以规定的载荷使提升阀体7与样品150A(150B、150C)接触。在这种状态下，向流路34供给规定载荷的He，并通过泄漏检测器36测定泄漏量。一边逐渐增加载荷传感器33施加在提升阀体7上的载荷，一边实施一连串的测试。

图3显示了调查阀座材料与密封性的关系的试验的试验结果。在图3中，实线表示PCTFE制样品150A的试验结果，粗线表示PFA制样品150B的试验结果，虚线表示PTFE制样品150C的试验结果。图3的纵轴表示喷出He后的泄漏量(Pa·m3/s)。对于该泄漏量而言，越向上，泄漏量就越大。横轴表示载荷(N)。

若将判断为耐久性不足的程度的设定压力上升换算为泄漏量，则达到1E-05Pa·m3/s。将该值作为基准值L。

对于PCTFE制样品150A而言，为了使泄漏量在基准值L以下，必需施加大约2.5N的载荷。与此相比，对于PFA制样品150B和PTFE制样品150C而言，为了使泄漏量在基准值L以下，必需施加大约0.2N的载荷。

从该试验结果判断出：PFA制样品150B和PTFE制样品150C能够以小到密封PCTFE制样品150A所需的载荷的10分之一的载荷进行密封，以防止设定压力上升。因此，PFA制样品150B和PTFE制样品150C的密封性优于PCTFE制样品150A。

另外，对于PCTFE制样品150A而言，应缓缓减少泄漏量直至施加大约8N的载荷，若施加大约8N以上的载荷，则泄漏量大致一定。与此相比，对于PFA制样品150B和PTFE制样品150C而言，在施加大约2N的载荷之前，泄漏量急剧减少，若施加大约2N的载荷，则泄漏量大致一定。通过该试验结果可知：PFA制样品150B和PTFE制样品150C与PCTFE制样品150A相比，提升阀体7能够以较小的载荷在短时间内贴紧，对压力变化的响应性良好。从这一点也可得知，PFA制样品150B和PTFE制样品150C的密封性优于PCTFE制样品150A。

下面，发明人对使用了样品150A、150B的样品用调节器100A、100B的耐久性进行了研究。图4为在调查耐久性的试验中使用的试验电路51的电路图。

在试验电路51中，从上游侧开始串联连接样品用调节器100A(100B)、压力计52、阀53以及流量调节阀54。设定样品用调节器100A(100B)的设定压力，以压力计52计测的值为0.35Mpa。另外，流量调节阀54调节阀开度，以将试样的流量控制在30L/min。

在试验中，从上游供给0.5MPa的试样，使阀53进行开闭动作。在样品用调节器100A(100B)中，与阀53的阀开闭动作相配合，提升阀体7与阀座用样品150A(150B)接触或分离。因此，通过计测阀53的动作次数，来调查样品用调节器100A(100B)的耐久性。

结果，在使用PCTFE制样品150A的样品用调节器100A中，若阀53进行10万次动作，则设定压力上升，压力计52的测定值等于供给压。

另一方面，在使用PFA制样品150B的样品用调节器100B中，即使阀53进行100万次动作，也不会引起设定压力的上升。

通过上述试验结果能够判断出：使用PFA制样品150B的样品用调节器100B的耐久性优于使用PCTFE制样品150A的样品用调节器100A。

另外，对于使用了PTFE制样品150C时的耐久性而言，也能获得与PFA相同的结果。

下面，对样品150A、150B、150C的耐久试验后的状态进行说明。图6A和图6B显示了PFA制样品150B的耐久试验后的状态。图7A和图7B显示了PTFE制样品150C的耐久试验后的状态。图6A、图6B以及图7A、图7B分别部分地显示了隔着阀座15中心的相反位置的密封面。

对于PFA制样品150B而言，如图6A所示，其中一个密封面的宽度为80μm，如图6B所示，与该密封面相反一侧的密封面的宽度为78μm。因此，对于PFA制样品150B而言，密封面上的磨损偏差较小。因此，对于PFA制样品150B而言，提升阀体7不会一端接触。

对于PTFE制阀座用样品150C而言，如图7A所示，其中一个密封面的宽度为110μm，如图7B所示，与该密封面相反一侧的密封面的宽度为100μm。因此，对于PTFE制阀座用样品150C而言，密封面上的磨损偏差较小。因此，对于PTFE制样品150C而言，提升阀体7不会一端接触。

另一方面，如在本发明解决的问题中说明的那样，对于PCTFE制样品150A而言，如图10A所示，其中一个密封面的宽度为120μm，如图10B所示，与该密封面相反一侧的密封面的宽度为28μm。因此，对于PCTFE制阀座用样品150A而言，密封面上的磨损偏差较大。因此，对于PCTFE制样品150A而言，提升阀体7会发生一端接触。

根据以上试验结果可知，若阀座15以PFA或PTFE为材料，则与以PCTFE为材料的情况相比，由于能够防止提升阀体7的一端接触，因此能够提高耐久性。

对使用以PFA或PTFE为材料的阀座15时密封性、耐久性提高的原因进行了研究。

图5为比较PCTFE、PFA、PTFE的材料特性的视图。

在温度为23℃的条件下，PCTFE的拉伸延伸率为80～25％，PFA的拉伸延伸率为250～350％，PTFE的拉伸延伸率为200～400％。因此，由于PCTFE的拉伸延伸率小于PFA或PTFE的拉伸延伸率，因此不易变形。

关于硬度，PCTFE为D75～D85，PFA为D60～D64，PTFE为D50～D55。因此，由于PCTFE的硬度大于PFA或PTFE的硬度，因此不易变形。

以往的调节器为了提高阀座的耐久性，着眼于加大PCTFE的机械强度，阀座的材料采用PCTFE。换句话说，考虑到机械强度较小的PFA或PTFE制阀座容易因变形而产生流体泄漏，因此没有使用。

但是，如调节器1那样，在由复位弹簧19托起提升阀体7而没有设置滑动部的情况下，提升阀体7不稳定并易于倾斜。

如上所述，由于PFA或PTFE制阀座15的硬度较低，因此，在与提升阀体7接触时易于变形。因此，提升阀体7即使倾斜并与阀座15接触，复位弹簧19也减额通过沿轴线的压力来校正倾斜，从而以均匀的力接触密封面。因此，对于PFA或PTFE制阀座15而言，提升阀体7以均匀的力反复接触密封面，因此密封面不易偏移变形(参见图6A、图6B、图7A、图7B)。

与此相比，由于PCTFE制阀座的硬度较高，因此与提升阀体7接触时不易变形。因此，若提升阀体7倾斜而与PCTFE制阀座接触，则即使通过复位弹簧19沿轴线方向按压，也不能校正倾斜，从而会与密封面一端接触。若通过该力在PCTFE制阀座产生塑性变形时及以后持续使提升阀体7与密封面一端接触，则PCTFE制阀座的密封面形成单边磨损(参见图10A、10B)。

另外，对于PFA或PTFE制阀座15而言，拉伸延伸率较大。提升阀体7紧贴阀座15的密封面以进行密封，在与阀座15分离时，拉伸密封面的表面。由于拉伸延伸率较大的PFA或PTFE制阀座15被提升阀体7拉伸而变形，提升阀体7的吸附力逐渐减小，因此密封面的表面易于与提升阀体7分离。因此，对于PFA或PTFE制阀座15而言，不易通过提升阀体7剥离密封面的表面，从而磨损进行速度缓慢。

与此相比，对于PCTFE制阀座而言，拉伸延伸率较小。因此，提升阀体7在紧贴在PCTFE制阀座上以进行密封之后，在与PCTFE制阀座分离时，PCTFE制阀座的密封面的表面不易变形。PCTFE制阀座的密封面被提升阀体7有力地拉伸，容易在表面仍与提升阀体7紧贴的状态下剥离。因此，PCTFE制阀座的磨损进行速度加快。产生磨损的部分的密封面会形成凹凸，从而易于产生流体泄漏。

此处，发明人利用图8所示的试验电路进行了颗粒评价试验。

如图8所示，试验电路的结构为：串联连接调节器61、压力计62、滤波器63、样品用调节器100A(或100B)、压力计64、气动阀65、流量调节阀66及流量计67，使流量计67与颗粒计数器68相连。

颗粒评价试验是通过在试验电路中交替组装使用PCTFE制阀座150A的样品用调节器100A和使用PFA制阀座150B的样品用调节器100B而进行的，调查PCTFE制阀座150A和PFA制阀座150B的颗粒产生量(个数)。在试验中，调节器61将流体压力控制在0.3Mpa，样品用调节器100A(或100B)将流体压力控制在0.15Mpa，流量调节阀66将流量控制在28L/min。

图9显示了颗粒评价试验的试验结果。

如图9所示，对于使用PCTFE制阀座150A的样品用调节器100A而言，由于在动作次数少于1.E+0.2次时，产生500个以上颗粒，进而在动作次数达到1.E+0.3次时，颗粒产生量大约增加10倍。之后，虽然颗粒产生量减少，但是可以认为是因为阀座150A的磨损加剧而不易剥落，从而导致颗粒减少。

与此相比，对于使用PFA制阀座150B的样品用调节器100B而言，在动作次数为1.E+02次时，颗粒产生量为0。之后，即使重复动作次数，颗粒产生量也基本上为零。即使在有时产生颗粒的情况下，该颗粒产生量也在极少的10个以下。

因此，PFA制阀座150B与PCTFE制阀座150A相比，颗粒产生量大幅减少。该试验结果以数值形式证明：PFA制阀座150B与PCTFE制阀座150A相比，磨损速度减缓，磨损减少。

另外，发明人对PTFE制阀座150C也进行了同样的试验，并获得了与PFA制阀座150B相同的结果。

如上所述，由于PFA或PTFE制阀座15与PCTFE制阀座相比，不易因一端接触而产生变形，因此不易产生流体泄漏，耐久性良好。

并且，由于PFA或PTFE制阀座15与PCTFE制阀座相比，磨损速度减缓并不易磨损，因此不易产生流体泄漏，耐久性良好。

如上所述，由于本实施例的调节器1使用了硬度为D70以下的柔软阀座15，因此，在与提升阀体7接触时阀座15易于变形，从而不易发生流体泄漏。因此，根据本实施例的调节器1，能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。

由于本实施例的调节器1使用了在温度为23度的条件下拉伸延伸率达250％以上的易于变形的阀座15，因此阀座15的密封面不易磨损，从而不易产生流体泄漏。因此，根据本实施例的调节器1，能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。

在本实施例的调节器1中，由于对1Mpa以下的作用气体进行控制，因此，能够减小提升阀体7与阀座15接触时的力。因此，根据本实施例的调节器1，即使在阀座15的硬度较低或者拉伸延伸率较大的情况下，阀座15也不易破损。

另外，本发明不限于上述实施例，其可以进行各种应用。

例如，在上述实施例中，虽然在气体供给控制装置中使用了调节器1，但是也可以使第1口11与气体容器相连，使第2口12与真空泵相连，以用于真空抽吸时的压力调节。

例如，在上述实施例中，将夹持在流路单元2与阀座保持件16之间的阀座15作为“阀座部”的一个例子。与此相比，也可以将阀座15一体设置在阀座保持件16或流路单元2上，并通过PTFE等树脂形成流路单元2或阀座保持件16，以便一体形成阀座部。

Claims (2)

1.一种将流体控制为设定压力的调节器，其特征在于，

包括具有第1压力室和第2压力室的流路单元，

阀体在与所述第1压力室的壁面之间具有空间，

与所述阀体接触或分离的阀座部的材料，由硬度为D70以下、拉伸延伸率在温度为23℃的条件下为250％以上的含氟树脂PFA或PTFE材料构成，同时，

通过所述阀座部的材料，减小了所述阀体和所述阀座的抵接所产生的所述阀座的磨损偏差，防止了一端接触，并且，

由于拉伸延伸率较大，所以所述阀体的吸附力逐渐减小，磨损进行速度减缓。

2.根据权利要求1所述的调节器，其特征在于，其为控制1Mpa以下的流体的调节器。

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