CN105697834A

CN105697834A - 流体控制阀

Info

Publication number: CN105697834A
Application number: CN201510919192.0A
Authority: CN
Inventors: 石川信治; 宫下路生; 村濑广之
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2016-06-22
Also published as: TW201638507A; JP6193955B2; JP2016114240A; KR20160071326A; KR102366713B1; TWI670435B

Abstract

提供一种抑制在闭阀时产生的阀芯的变形引起的磨损并能够减少颗粒的产生的流体控制阀。其特征在于，具有：驱动部(3)；阀体(21)，具有第一端口(21a)、第二端口(21b)、阀座(24)；及阀芯(4)，形成为柱状，且与驱动部(3)连结，阀芯(4)具有环状密封突起(414)，该环状密封突起(414)在位于阀座侧的阀座侧端面(411a)上呈环状地突出设置且在前端部设有被压靠于阀座(24)而进行密封的环状密封部(414a)，至少环状密封突起(414)为氟树脂制，阀芯(4)在利用驱动部(3)将环状密封部(414a)压靠于阀座(24)时，环状密封部(414a)沿径向位移的位移量为6.175μm以下。

Description

流体控制阀

技术领域

本发明涉及对流体进行控制的流体控制阀。

背景技术

例如，在半导体制造装置中，使用的是通过使阀芯与阀座抵接或分离而控制流体的流体控制阀。这种流体控制阀为了确保耐腐蚀性，而阀芯或阀座等的接液部由树脂形成。当药液中含有颗粒时，会使产品的成品率下降。因此，以往的流体控制阀将加热构件的平坦的抵接面压靠于阀芯所抵接的阀座的阀座面之后，加热构件从阀座面脱离，由此能消除阀座面的成形缺陷，避免产生颗粒(例如参照专利文献1)。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2011-122718号公报

【发明要解决的课题】

以往的流体控制阀的颗粒对策能够减少对以往的半导体制造的影响。然而，半导体设备逐年微细化，伴随于此，对半导体制造造成影响的颗粒发生微细化。当半导体设备的微细化进展时，需要进一步减少微细的颗粒。例如，市售的颗粒计数器能够测定的20nm的颗粒成为问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题点而作出，其目的在于提供一种能抑制闭阀时产生的阀芯的变形引起的磨损，能够减少颗粒的产生的流体控制阀。

【用于解决课题的方案】

本发明的一方案具有如下的结构。

(1)一种流体控制阀，其特征在于，具有：驱动部；阀体，具有第一端口、第二端口、阀座；及阀芯，形成为柱状，且与所述驱动部连结，所述阀芯具有环状密封突起，该环状密封突起在位于阀座侧的阀座侧端面上呈环状地突出设置且在前端部设置有被压靠于所述阀座而进行密封的环状密封部，至少所述环状密封突起为氟树脂制，所述阀芯在利用所述驱动部将所述环状密封部压靠于所述阀座时，所述环状密封部在径向上位移的位移量为6.175μm以下。

(2)一种流体控制阀，其特征在于，具有：驱动部；阀体，具有第一端口、第二端口、阀座；及阀芯，形成为柱状，且与所述驱动部连结，所述阀芯具有环状密封突起，该环状密封突起在位于阀座侧的阀座侧端面上呈环状地突出设置且在前端部设置有被压靠于所述阀座而进行密封的环状密封部，至少所述环状密封突起为氟树脂制，所述阀芯在利用所述驱动部将所述环状密封部压靠于所述阀座时，所述环状密封部在径向上位移的位移量相对于与所述阀座未抵接时的所述环状密封部的直径为12.4×10^-4倍以下。

在此，“与阀座未抵接时的环状密封部的直径”是指在环状密封部由平坦的面形成的情况下，与阀座未抵接的环状密封部的径向中心位置的直径。而且，在环状密封部为圆角形状的情况下，是指与阀座未抵接的环状密封部的顶点部分的直径。

(3)一种流体控制阀，其特征在于，具有：驱动部；阀体，具有第一端口、第二端口、阀座；及阀芯，形成为柱状，且与所述驱动部连结，所述阀芯具有环状密封突起，该环状密封突起在位于阀座侧的阀座侧端面上呈环状地突出设置且在前端部设置有被压靠于所述阀座而进行密封的环状密封部，至少所述环状密封突起为氟树脂制，所述阀座侧端面的直径为与所述阀座未抵接时的所述环状密封部的直径的1.3倍以上。

(4)在(1)或(2)记载的结构中，优选的是，所述阀座侧端面的直径为与所述阀座未抵接时的所述环状密封部的直径的1.3倍以上。

在此，“与所述阀座未抵接时的所述环状密封部的直径”是指在环状密封部由平坦的面形成的情况下，与阀座未抵接的环状密封部的径向中心位置的直径。而且，在环状密封部为圆角形状的情况下，是指与阀座未抵接的环状密封部的顶点部分的直径。

(5)在(4)记载的结构中，优选的是，所述阀芯的最细部分的直径比所述环状密封部的直径小。

(6)在(5)记载的结构中，优选的是，所述阀芯的所述环状密封部的径向中心位置的轴线方向的厚度相对于所述环状密封部的直径为0.7倍以上。

(7)在(5)记载的结构中，优选的是，所述阀芯在所述环状密封突起的内侧具有从所述阀座侧端面向阀座方向突出的凸部。

(8)在(6)记载的结构中，优选的是，所述阀芯在所述环状密封突起的内侧具有从所述阀座侧端面向阀座方向突出的凸部。

(9)在(7)记载的结构中，优选的是，所述凸部的与所述阀座侧端面连接的基端部的直径为所述阀芯的最细部分的直径以上。

(10)在(8)记载的结构中，优选的是，所述凸部的与所述阀座侧端面连接的基端部的直径为所述阀芯的最细部分的直径以上。

(11)在(1)至(3)中任一项记载的结构中，优选的是，所述环状密封突起由PFA形成。

(12)在(3)记载的结构中，优选的是，所述阀芯的所述环状密封部的径向中心位置的轴线方向的厚度相对于所述环状密封部的直径为0.7倍以上。

在上述结构中，在驱动部使阀芯的环状密封部与阀座抵接之后，进而将环状密封部压靠于阀座的情况下，能抑制环状密封部沿径向位移的位移量。该位移量被抑制成例如6.175μm以下，或者相对于与阀座未抵接时的环状密封部的直径为12.4×10^-4倍以下。而且，例如，在环状密封部平坦的情况下，其位移量被抑制成与所述阀座未抵接的情况的所述环状密封部的宽度尺寸的6.18×10^-2倍以下。这样，当抑制环状密封部的位移量时，环状密封部难以与阀座摩擦而磨损，因此能够减少对半导体制造造成影响的颗粒的产生。而且，通过抑制阀芯的变形引起的磨损，即使反复进行阀开闭动作，密封性也不会下降。由此，流体控制阀的耐久性提高。而且，能够削减所需密封力，使驱动部紧凑。

在上述结构中，阀座侧端面的直径为与阀座未抵接时的环状密封部的直径的1.3倍以上，因此阀座侧端面附近的刚性高。由此，阀芯在将环状密封部压靠于阀座的压靠动作中，阀座侧端面难以变形。因此，环状密封突起在压靠动作中，难以以使环状密封部沿径向位移的方式变形，能够抑制环状密封部的磨损。由此，根据上述结构，通过抑制在闭阀时产生的阀芯的变形引起的磨损，能够减少颗粒的产生。

在上述结构中，阀芯的最细部分的直径比环状密封部的直径小，因此阀座侧端面将比环状密封突起靠内侧向阀座侧按压。然而，流体控制阀能抑制环状密封面的在径向上的位移量，因此能够减少环状密封面的磨损，减少颗粒的产生。

在上述结构中，阀芯的环状密封部的径向中心位置处的轴线方向的厚度相对于环状密封部的直径为0.7倍以上，因此从驱动部受到载荷而产生的变形在从阀座侧端面分离的位置处开始分散。因此，在阀座侧端面附近，在垂直方向上的变形容易产生。由此，在上述结构中，容易将环状密封部向阀座垂直地压靠，能够抑制环状密封部沿径向位移的位移量。

在上述结构中，阀芯在环状密封突起的内侧具有从阀座侧端面向阀座方向突出的凸部，因此从驱动部受到载荷的部分的刚性高，阀座侧端面难以以使环状密封突起的内侧向阀座侧突出的方式变形。由此，根据上述结构，环状密封突起难以随着阀座侧端面的变形而挠曲，能够抑制环状密封面的位移量。

在上述结构中，凸部的与阀座侧端面连接的基端部的直径为所述阀芯的最细部分的直径以上，因此支撑从驱动部受到的载荷整体，难以使阀芯向径外方向变形。由此，根据上述结构，能够抑制阀座侧端面的变形，减少环状密封面的位移量。

在上述结构中，环状密封突起由硬度高的PFA(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)形成，因此能抑制在闭阀时产生的环状密封突起的变形而抑制环状密封部的磨损，能够减少颗粒的产生。

【发明效果】

根据上述结构，能够提供一种可抑制在闭阀时产生的阀芯的变形引起的磨损而可减少颗粒的产生的流体控制阀。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的流体控制阀的剖视图，示出关闭状态。

图2是图1所示的阀芯的剖视图。

图3是表示比较例1～3及实施例1～13的设定条件的表。

图4是表示实施例10的阀芯的剖视图。

图5是表示实施例1的阀芯的剖视图。

图6是表示实施例2的阀芯的剖视图。

图7是表示比较例1的位移量解析结果的图。

图8是表示比较例2的位移量解析结果的图。

图9是表示比较例3的位移量解析结果的图。

图10是表示实施例1的位移量解析结果的图。

图11是表示实施例2的位移量解析结果的图。

图12是表示实施例3的位移量解析结果的图。

图13是表示实施例4的位移量解析结果的图。

图14是表示实施例5的位移量解析结果的图。

图15是表示实施例6的位移量解析结果的图。

图16是表示实施例7的位移量解析结果的图。

图17是表示实施例8的位移量解析结果的图。

图18是表示实施例9的位移量解析结果的图。

图19是表示实施例10的位移量解析结果的图。

图20是表示实施例11的位移量解析结果的图。

图21是表示实施例12的位移量解析结果的图。

图22是表示实施例13的位移量解析结果的图。

图23是表示比较例1～3及实施例1～13中的环状密封面的位移量、实施例10的环状密封面的位移量为100％的情况的比较例1～3及实施例1～13的环状密封面的位移量的比例、环状密封面的位移量相对于宽度方向中心直径的比例、环状密封面的位移量相对于宽度尺寸的比例的表。

图24是表示颗粒实测值的图，纵轴显示20nm以上的颗粒数，横轴显示环状密封面的位移量(μm)。

图25是表示端面直径相对于宽度方向中心直径的比例(D/A)与环状密封面的位移量之间的关系的坐标图，纵轴表示环状密封面的位移量(μm)，横轴表示D/A(倍)。

图26关于图4所示的实施例10的阀芯，是拍摄了颗粒试验后的环状密封面的显微镜照片。

图27是图26所示的显微镜照片的影像图。

图28关于图5所示的实施例1的阀芯，是拍摄了颗粒试验后的环状密封面的显微镜照片。

图29是图28所示的显微镜照片的影像图。

图30是隔膜阀芯的弹性变形的影像图。

图31是本发明的第三实施方式的流体控制阀所使用的阀芯的剖视图。

图32是表示第一变形例的阀芯的剖视图。

图33是表示第二变形例的阀芯的剖视图。

图34是表示第三变形例的阀芯的剖视图。

图35是表示第四变形例的阀芯的剖视图。

图36是表示第五变形例的阀芯的剖视图。

【标号说明】

1流体控制阀

3驱动部

4隔膜阀芯(阀芯的一例)

24阀座

414环状密封突起

414a环状密封面(环状密封部的一例)

415环状凹槽

416凸部

A环状密封面的宽度方向中心直径

B环状密封面的径向宽度尺寸

D阀座侧端面的直径

F从环状密封面的径向中心位置起的轴线方向上的厚度

H凸部的基端部的直径

I凸部的高度

J从驱动部受到载荷的受压面与阀座侧端面之间最细部分的直径

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的流体控制阀的实施方式。

A.第一实施方式

(关于本发明的概略)

图1是本发明的第一实施方式的流体控制阀1的剖视图，示出关闭状态。第一实施方式的流体控制阀1的特征在于，减少在闭阀时发生的隔膜阀芯(阀芯的一例)4的变形引起的磨损。

以往，隔膜阀通过使阀芯相对于阀座垂直地触碰、或者提高阀芯的环状密封面、阀座的阀座面的面粗糙度等、阀芯的环状密封面与阀座的阀座面抵接的状态的改善或抵接力的抑制，而采用了颗粒对策。然而，仅是该方法的话，无法充分减少颗粒的个数。例如，半导体设备逐年微细化，对半导体制造造成影响的颗粒逐渐减小。例如，流体控制阀要求极力减少通过市售的颗粒计数器能够测定的20nm的颗粒。由此，在以往的减少颗粒的数目的应对中，若成为问题的颗粒减小，则还需要其他的对策，与颗粒的微细化成为恶性循环。因此，发明者注意到了将颗粒产生原因排除的必要性，反复进行实验或模拟而发现了颗粒的根本性的产生原因(参照后述的效果确认试验结果)。

图30是隔膜阀芯1000的弹性变形的影像图。隔膜阀芯1000减细薄膜部1000a连接的部分而形成颈部1000b。由此，流体控制阀即使为相同的阀尺寸，也能够扩大收容隔膜阀芯1000的隔膜室的容积而扩大薄膜部1000a的挠性区域，能够调整从流体的受压面积。隔膜阀芯1000以使具备阀座侧端面1000c的阀芯部1000d成为与颈部1000b同轴的方式设置得比颈部1000b的直径大。阀座侧端面1000c的环状密封突起1000f设置得比颈部1000b靠径外侧，增大阀座开口部的内径(节流孔直径)而增多控制流量。具备上述隔膜阀芯1000的流体控制阀将向颈部1000b赋予的驱动力经由阀芯部1000d向环状密封突起1000f的环状密封面1000e传递，以3～50MPa的面压将环状密封面1000e密封于阀座。这样的隔膜阀芯1000中，环状密封面1000e与阀座抵接而密封的作用点K2比图中K1方向的驱动力被赋予的力点向径外侧偏移。因此，每当进行闭阀动作时，如图中K3所示，在环状密封面1000e产生要向径外方向扩展的力。这种情况下，如图中假想线M所示，隔膜阀芯1000以使环状密封面1000e相对于阀座进行横向滑动的方式变形，环状密封面1000e与阀座摩擦而磨损。发明者们考虑到该磨损部分在阀开闭动作中从环状密封面1000e被撕掉而成为颗粒的情况。并且，发明者们通过模拟和实验证明了上述情况。并且，发明者们以抑制或防止阀芯的变形的方式致力于环状密封突起附近的形状。

(流体控制阀的概略结构)

如图1所示，流体控制阀1具备对流体进行控制的阀部2和向阀部2赋予驱动力的驱动部3。流体控制阀1例如安装于半导体制造装置，控制向晶片供给的药液的流量。这种情况下，流体控制阀1存在控制腐蚀性高的药液的情况，因此通过隔膜阀芯4将驱动部3与阀部2之间分隔。

驱动部3由缸体31和缸盖32来构成缸主体33。活塞35将活塞主体35a能够滑动地装填于在缸主体33内形成的活塞室34，将活塞室34气密地划分成第一室34a和第二室34b。在活塞主体35a一体地设有轴35b。轴35b的下端部从缸主体33向阀部2侧突出，且与阀部2的隔膜阀芯4连结。压缩弹簧36向隔膜阀芯4赋予密封载荷，压缩设于第一室34a而对活塞35始终朝向阀部2的阀座24侧施力。在缸主体33形成有与第一室34a连通而进行吸排气的吸排气端口33a和与第二室34b连通而供给操作空气的操作端口33b。

上述驱动部3通过压缩弹簧36的弹簧力与第二室34b的内压的平衡而使活塞35沿轴线进行往复直线运动，使隔膜阀芯4移动规定的行程。上述驱动部3除了压缩弹簧36和环状密封构件之外，构成零件以氟树脂为材质，在腐蚀性高的气氛下也可以使用。

阀部2内置于阀体21，通过隔膜阀芯4的环状密封突起414与阀座24的阀座面24a抵接或分离而进行流体控制。阀体21和隔膜阀芯4为了确保耐腐蚀性而由氟树脂形成。此外，隔膜阀芯4为了提高环状密封突起414的密封性，优选设为与阀体21(阀座24)的硬度相同或比阀体21(阀座24)的硬度低的氟树脂。在本实施方式中，阀体21(阀座24)的材质设为PFA(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)硬度D60～64，隔膜阀芯4的材质设为PTFE(聚四氟乙烯)硬度D53～58。

阀体21呈长方体形状，用于输入输出流体的第一端口21a和第二端口21b开设于相对的侧面。在阀体21的上表面，呈圆柱形状地开设开口部21e，在比开口部21e靠外侧处呈环状地形成装配孔21f。阀部2在阀体21的装配孔21f嵌入隔膜阀芯4的外缘部43，在阀体21与缸主体33之间夹持外缘部43，由此形成隔膜室22和非接液室23。隔膜阀芯4的阀主体41连结于轴35b，在隔膜室22内沿图中上下方向移动。非接液室23与形成于缸主体33的呼吸孔33c连通，薄膜部42随着阀主体41的移动而能够顺畅地变形。

第一连通流路21c以使第一端口21a与隔膜室22连通的方式呈L字形地形成于阀体21，向隔膜室22的底面中央部开口。隔膜室22的底面沿着第一连通流路21c开口的开口部的外周而设置阀座24。阀座24具备以成为与隔膜室22的轴线正交的平坦面的方式加工的阀座面24a。第二连通流路21d以使第二端口21b与隔膜室22连通的方式呈L字形地形成，向比阀座24靠外侧开口。

(阀芯的结构)

图2是图1所示的隔膜阀芯4的剖视图。隔膜阀芯4的柱状的阀主体41与驱动部3(参照图1)连结，与阀座24抵接或分离。在阀主体41的外周面连接有薄膜部42，在该薄膜部42的外缘部呈厚壁地设置外缘部43。阀主体41将圆柱部411、肩部412、颈部413设置在同轴上。需要说明的是，在本实施方式中，阀芯部410由圆柱部411和肩部412构成。

圆柱部411呈圆柱形状，且具备与阀座24相对的阀座侧端面411a。颈部413在外周面413a连接薄膜部42，为了确保隔膜室22(参照图1)的容积而直径比圆柱部411的直径小。颈部413在上部设有与开设于轴35b的内螺纹部35c(参照图1)螺合的外螺纹部413b。肩部412夹设在圆柱部411与颈部413之间，以从圆柱部411朝向颈部413缩径的方式设置，防止在隔膜室22(参照图1)中流动的流体滞留或产生紊流的情况。而且，通过颈部413的缩径，能够减小外缘部43的外径尺寸，因此能够使阀体21紧凑。

环状密封突起414以阀主体41的轴心为中心而呈环状地突出设置在阀主体41的阀座侧端面411a。环状密封突起414设置在比颈部413的外周面413a与肩部412的外周面412a连接的连接位置T(以下也称为“T部”)靠外侧处。因此，阀主体41在比施加密封载荷的位置靠外侧的位置处密封于阀座24，扩展阀座开口部的面积(节流孔直径)。

环状密封突起414以具有即使施加密封载荷也难以倒下的刚性的方式，设定从阀座侧端面411a到环状密封突起414的前端为止的高度C。在本实施方式中，环状密封突起414的高度C相对于与阀座未抵接的情况的环状密封面414a(环状密封部的一例)的径向中心位置的直径(“环状密封部的直径”的一例。以下也称为“宽度方向中心直径A”)而设定为10分之1。

环状密封突起414以从阀座侧端面411a侧朝向前端部(阀座侧)缩径的方式设置。即，在环状密封突起414的内周面414b和外周面414c设有从阀座侧端面411a朝向前端部增大倾斜的锥形。环状密封突起414以前端部与阀主体41的轴线正交的方式被平坦地加工而形成环状密封面414a。由此，环状密封突起414提高每单位面积作用于环状密封面414a的密封载荷，防止流体泄漏，环状密封面414a相对于阀座面24a难以滑动。而且，驱动部3变得紧凑。需要说明的是，环状密封面414a的径向宽度尺寸B(以下也称为“宽度尺寸B”)相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A优选为100分之1以上且10分之1以下。

隔膜阀芯4将环状密封面414a沿径向位移的位移量设为6.175μm以下，环状密封面414a难以与阀座24摩擦而磨损。为了具有该刚性，隔膜阀芯4中，圆柱部411(阀座侧端面411a)的直径D(以下也称为“端面直径D”)变粗，并且凸部416设置在环状密封突起414的内侧。

而且，端面直径D相对于宽度方向中心直径A而设定为1.3倍以上，从环状密封突起414到圆柱部411的外周面411b的扩径宽度尺寸E变厚。由此，阀主体41沿着驱动部3向隔膜阀芯4施加载荷的方向而容易将环状密封突起414相对于阀座面24a垂直地压靠，能够抑制环状密封面414a的位移量。

此外，阀主体41的环状密封面414a的径向中心位置的轴线方向的厚度F相对于宽度方向中心直径A而设定为0.7倍以上。由此，阀主体41具有抑制在施加密封载荷而将环状密封突起414密封于阀座24的情况下从环状密封面414a到其上方产生的变形的刚性。而且，阀主体41能够使驱动部3的载荷向阀芯部410广泛地分散。需要说明的是，阀主体41若能够将环状密封面414a的位移量形成为6.175μm以下，则也可以将厚度F设定为宽度方向中心直径A的0.7倍以下。这种情况下，能够扩大隔膜室22的容积而防止流体的滞留，或减小阀尺寸。

凸部416以与颈部413同轴的方式形成在阀座侧端面411a的比环状密封突起414靠内侧处，从阀座侧对阀座侧端面411a进行加强。阀主体41以凸部416与阀主体41(圆柱部411)连接的基端部的直径H(以下也称为“基端部直径H”)在从驱动部受到载荷的受压面与阀座侧端面之间成为最细部分的直径J(以下，称为“细部直径J”)以上的方式设置凸部416。即，凸部416以基端部的外周位置U(以下也称为“U部”)位于细部直径J的正下方或比细部直径J靠径向的外侧的方式设置。由此，阀主体41的施加密封载荷的部分因凸部416成为厚壁而能够提高刚性。而且，凸部416的与阀主体41连接的基端部的高度I相对于环状密封突起414的高度(从阀座侧端面411a到环状密封突起414的环状密封面414a的高度)C为0.7倍以上。由此，阀主体41的中心部的厚度变厚，刚性提高。

阀主体41在环状密封突起414与凸部416之间形成环状凹槽415，在凸部416产生的弹性变形难以向环状密封突起414传递。

(基于流体控制阀的流体控制方法)

接下来，说明使用了具有上述结构的流体控制阀1的流体控制方法。例如，流体控制阀1的第一端口21a与药液供给源连接，第二端口21b与半导体制造装置的反应室连接。

(流体控制阀的概略动作)

流体控制阀1在不向晶片供给药液的待机状态时，不向操作端口33b供给操作流体。这种情况下，压缩弹簧36的作用力经由活塞35作用于隔膜阀芯4，隔膜阀芯4的环状密封突起414紧贴于阀座24的阀座面24a而被密封。此时，阀部2将第一端口21a与第二端口21b之间隔断，从第二端口21b向反应室不供给药液。

在向晶片供给药液的情况下，流体控制阀1向操作端口33b供给操作流体。当第二室34b的内压比压缩弹簧36的作用力增大时，活塞35克服压缩弹簧36而向阀座相反侧移动。隔膜阀芯4与活塞35一体地上升，使环状密封突起414从阀座面24a分离。由此，流体控制阀1根据阀主体41的行程而使药液从第一端口21a向第二端口21b流动，向反应室供给。

在停止向晶片的药液供给的情况下，流体控制阀1从操作端口33b排出操作流体。于是，活塞35被向压缩弹簧36施力而向阀座方向移动，将隔膜阀芯4的颈部413向阀座方向按压。隔膜阀芯4与活塞35一体地下降，在使环状密封突起414的环状密封面414a与阀座面24a抵接之后，向环状密封突起414施加密封载荷而将环状密封面414a向阀座面24a压靠并压接。由此，流体控制阀1成为待机状态。

(闭阀时产生的阀芯的变形引起的磨损及其减少方法)

在流体控制阀1中，隔膜阀芯4的细部直径J比环状密封面414a的宽度方向中心直径A小。因此，隔膜阀芯4将环状密封面414a向阀座面24a压靠而密封的作用点比将驱动部3的驱动力向阀座侧端面411a传递的部分的力点向径外侧偏移。隔膜阀芯4在闭阀动作时，使环状密封突起414的环状密封面414a与阀座面24a抵接之后，进而，利用驱动部3将密封载荷向环状密封突起414赋予而将环状密封面414a向阀座面24a压靠。这种情况下，隔膜阀芯4欲使未支承于阀座24的阀主体41的中心部向阀座侧弹性变形。该弹性变形量越大，隔膜阀芯4越是以使环状密封面414a朝向径外侧较大地位移的方式弹性变形。该环状密封突起414的弹性变形大时，环状密封面414a与阀座面24a摩擦的量增加，容易磨损。该环状密封面414a的磨损成为颗粒。

然而，在本实施方式中，为了减少上述闭阀时发生的环状密封面414a的磨损，而隔膜阀芯4自身具有能够抑制环状密封面414a向径外方向位移的位移量的形状，因此能抑制或防止颗粒自身的产生。由此，即使伴随着半导体设备的微细化而对半导体制造影响的颗粒减小，也能够对应于此而抑制或防止颗粒的产生。

(减少闭阀时产生的环状密封面的磨损的方法的具体的说明)

流体控制阀1在从使环状密封面414a与阀座面24a抵接到将环状密封面414a向阀座面24a压靠而以规定的密封载荷进行密封为止的压靠动作中，能抑制环状密封面414a相对于阀座24向径外方向偏移的位移量。具体而言，该位移量被抑制成6.175μm以下(宽度方向中心直径A的12.4×10^-4倍以下，或相对于宽度尺寸B而为6.18×10^-2倍以下)。这样，当抑制环状密封面414a的位移量时，环状密封面414a难以与阀座面24a摩擦而磨损，因此能够减少对半导体制造造成影响的颗粒的产生。而且，通过抑制因阀主体41的变形引起的磨损，即便反复进行阀开闭动作，密封性也不会下降。由此，流体控制阀1的耐久性提高。而且，流体控制阀1能够削减必要密封力，使驱动部3紧凑。隔膜阀芯4具备为了实现上述情况所需的形状。

隔膜阀芯4由于端面直径D相对于宽度方向中心直径A为1.3倍以上，因此能提高阀座侧端面411a附近的刚性。因此，隔膜阀芯4在压靠动作中，能抑制阀座侧端面411a的变形，难以将环状密封突起414向阀座侧端面411a拉拽。由此，隔膜阀芯4在压靠动作中，环状密封突起414难以使环状密封面414a相对于阀座面24a错动地变形，能减少环状密封面414a的磨损。由此，流体控制阀1能够减少在闭阀时产生的隔膜阀芯4(阀主体41)的变形引起的环状密封面414a的磨损，抑制或防止颗粒的产生。

而且，隔膜阀芯4的阀主体41之中的最细部分的直径、即细部直径J比宽度方向中心直径A小，因此阀座侧端面411a将比环状密封突起414靠内侧处向阀座24侧按压。然而，流体控制阀1抑制环状密封面414a在径向上的位移量，因此能够减少环状密封面414a的磨损，能够减少颗粒的产生。

而且，隔膜阀芯4的环状密封面414a的径向中心位置处的轴线方向的厚度F相对于宽度方向中心直径A为0.7倍以上，因此从驱动部3受到载荷而产生的变形在从阀座侧端面411a分离的位置处开始分散。因此，在阀座侧端面411a附近，容易产生在垂直方向上的变形。由此，根据本实施方式的流体控制阀1，容易将环状密封面414a向阀座面24a垂直地压靠，能够抑制环状密封面414a沿径向位移的位移量。

而且，隔膜阀芯4在比环状密封突起414靠内侧处具有从阀座侧端面411a向阀座24侧突出的凸部416，因此从驱动部3受到载荷的部分的刚性升高，阀座侧端面411a难以使环状密封突起414的内侧的部分向阀座24侧突出地变形。由此，流体控制阀1的环状密封突起414难以随着阀座侧端面411a的变形而挠曲，能够抑制环状密封面414a的位移量。

尤其是，凸部416的基端部直径H为细部直径J以上，因此支撑从驱动部3受到的全部载荷，难以使阀主体41向径外方向变形。由此，流体控制阀1能够抑制阀座侧端面411a的变形，减少环状密封面414a的位移量。

此外，凸部416的从基端部到前端面416a的高度I相对于从阀座侧端面411a到环状密封面414a的高度C为0.7倍以上，因此环状凹槽415形成得较深。由此，从凸部416向环状密封突起414难以传递变形。因此，在压靠动作中，环状密封面414a相对于阀座面24a难以偏离，难以磨损。由此，流体控制阀1能够减少闭阀时发生的隔膜阀芯4的变形引起的磨损。

如以上所述，流体控制阀1及流体控制方法能够减少闭阀时发生的隔膜阀芯4的变形引起的磨损。流体控制阀1减少闭阀时发生的隔膜阀芯4的变形引起的稍微的磨损，因此能够抑制或防止微细的颗粒的产生。

(效果确认试验)

发明者们对于环状密封面的位移量，进行了下述试验：研究(a)端面直径D产生的效果、(b)厚度F产生的效果、(c)凸部产生的效果、(d)环状凹槽产生的效果、(e)基端部直径H产生的效果、(f)凸部高度I产生的效果、(g)端面直径D与厚度F的组合产生的效果、(h)凸部与端面直径D的组合产生的效果、(i)凸部与厚度F和高度G的组合产生的效果。

效果确认试验使用了图3所示那样形状不同的比较例1～3和实施例1～13。图3是表示效果确认试验中使用的比较例1～3和实施例1～13的设定条件的表。图4～图6是表示实施例10的阀芯104、实施例1的阀芯204、实施例2的阀芯304的剖视图。需要说明的是，实施例4相当于上述隔膜阀芯4(参照图2)。在以下的说明及引用的附图中，关于比较例1～3和实施例1～3、5～13的结构中的与实施例4的隔膜阀芯4共通的结构，使用与图2同样的标号，适当省略说明。而且，在以下的说明中，将“隔膜阀芯4”也称为“阀芯4”。

在效果确认试验中，使用了达索系统SolidWorks公司(DassaultSystemesSolidWorksCorp.)制的解析软件。在试验中，关于比较例1～3和实施例1～13，在从使环状密封面414a与阀座24开始抵接起到以50N的密封载荷将环状密封面414a向阀座面24a压靠为止的压靠动作中，解析了设定为物性值弹性系数500MPa、密度2200Kg/m³的阀主体841、1441、1541、241、341、441、41、541、641、1043、1141、741、141、1242、1342、943产生的位移量。其解析结果如图7～图22所示。图23是表示比较例1～3及实施例1～13的环状密封面414a的位移量、实施例10的环状密封面414a的位移量设为100％的情况的比较例1～3及实施例1～13的环状密封面414a的位移量的比例、环状密封面414a的位移量相对于宽度方向中心直径A的比例、环状密封面414a的位移量相对于宽度尺寸B的比例的表。

<(a)关于端面直径D对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将仅端面直径D不同的比较例1、2及实施例7、10进行比较。如图3及图4所示，实施例10将环状密封面414a的宽度方向中心直径A设定为5.0mm，将环状密封面414a的宽度尺寸B设定为0.1mm，将环状密封突起414的高度C设定为0.5mm。而且，实施例10将端面直径D设定为相对于宽度方向中心直径A为1.30倍的6.5mm。实施例10将从环状密封突起414的外周面414c与阀座侧端面411a连接的连接位置S(以下也称为“S部”)到圆柱部1411的外周面411b的扩径宽度尺寸E设定为0.25mm。实施例10将环状密封面414a的径向中心位置的轴线方向的厚度F设定为3.7mm。实施例10将从环状密封面414a到圆柱部1411的上端位置V的高度G设定为2.65mm。此外，实施例10将细部直径J设定为4mm。需要说明的是，比较例1既不具备凸部，也不具备环状凹槽。

相对于此，如图3所示，比较例1、2及实施例7除了端面直径D和扩径宽度尺寸E之外，与实施例10同样地构成。比较例1的端面直径D为6.0mm，相对于宽度方向中心直径A为1.2倍。比较例1的扩径宽度尺寸E为0mm。比较例2的端面直径D为6.25mm，相对于宽度方向中心直径A为1.25倍。比较例2的扩径宽度尺寸E为0.125mm。实施例7的端面直径D为7.5mm，相对于宽度方向中心直径A为1.5倍。实施例7的扩径宽度尺寸E为0.75mm。

图7示出比较例1的位移量解析结果。如图中X86、X88所示，比较例1的阀主体841的圆柱部843的位移量从中心部朝向径外侧变大。圆柱部843的位移量的变化率越接近外周面411b而越大。并且，圆柱部843的环状密封突起414的图中上侧部分的位移量越接近环状密封突起414而越大。由此，比较例1如图中Y11所示可知，在压靠动作中，圆柱部843由驱动部3的载荷压扁而以使阀座侧端面843a侧向径外方向鼓出的方式变形。而且，比较例1如图中X85、X86所示，阀座侧端面843a的中心部的位移量与外缘部的位移量之差大。由此，如图中Y12所示可知，比较例1的阀座侧端面843a以使中心部向阀座侧呈凸状地突出并将外缘部向阀座相反侧推起的方式弯曲变形，将环状密封突起414向径外方向压出而向阀座面24a压靠。

并且，如图7的X81～X85所示，比较例1中环状密封突起414的Q部、R部、S部的位移量比P部的位移量大。由此可知，比较例1在压靠动作中，环状密封突起414使前端部向径外方向扩展地挠曲变形。如图23所示，比较例1的环状密封面414a的位移量为9.428μm。该位移量相对于宽度方向中心直径A为18.90×10^-4倍，或者相对于环状密封面414a的宽度尺寸B为9.43×10^-2倍。

图8示出比较例2的位移量解析结果。如图中X146、X148所示，比较例2的阀主体1441的圆柱部1442的位移量从中心部朝向径外侧变大。该位移量的变化率小于比较例1。这考虑是因为，与比较例1相比，比较例2的扩径宽度尺寸E大，刚性高，因此中心部的变形难以向径外方向传递。然而，比较例2如图中X146、X145所示，阀座侧端面1442a的中心部与外缘部之间的位移量之差与比较例1同样较大。由此可知，比较例2的阀座侧端面1442a与比较例1同样较大地变形。而且，如图中X141～X144所示可知，比较例2的Q部、R部、S部的位移量比P部大，与比较例1同样，环状密封突起414以使前端部向径外方向较大地扩展的方式挠曲变形。如图23所示，比较例2的环状密封面414a的位移量为7.233μm。该位移量相对于宽度方向中心直径A为14.47×10^-4倍，相对于环状密封面414a的宽度尺寸B为7.23×10^-2倍。

图19示出实施例10的位移量解析结果。如图中X17、X18所示，实施例10的阀主体141从圆柱部1411的中心部朝向径外侧而位移量增大。该位移量的变化率与比较例2同样地受到抑制。并且，实施例10如图中X15～X18所示，阀座侧端面1411a的中心部与外缘部的位移量之差小于比较例2。由此可知，实施例10与比较例2相比，能抑制阀座侧端面1411a的变形，容易将环状密封突起414向阀座面24a压靠。

而且，如图19的X11～X14所示，实施例10与比较例1、2相比，P部、Q部、S部的位移量小。由此可知，实施例10与比较例1、2相比，环状密封突起414难以向径外方向挠曲，能够抑制环状密封面414a的内周侧的位移。如图23所示，实施例10的环状密封面414a的位移量为6.175μm。该位移量相对于宽度方向中心直径A为12.40×10^-4倍，或者相对于环状密封面414a的宽度尺寸B为6.18×10^-2倍。

图16示出实施例7的位移量解析结果。如图中X106、X108所示，实施例7的阀主体1043从圆柱部411的中心部朝向径外侧而变化量增大。该变化率比实施例10小。而且，在圆柱部411中，以轴线为中心而位移量大致同心圆状地变化。由此可知，实施例7在压靠动作中，圆柱部411沿垂直方向变形，容易将环状密封突起414向阀座面24a垂直地压靠。而且，实施例7如图中X101～X104所示，P部、Q部、R部、S部的位移量比实施例10小。由此可知，实施例7与实施例10相比，环状密封突起414难以使前端部向径外方向扩展地挠曲，Q部和R部的位移量减少。如图23所示，实施例7的环状密封面414a的位移量为4.887μm。该位移量相对于宽度方向中心直径A为9.77×10^-4倍，或者相对于环状密封面414a的宽度尺寸B为4.89×10^-2倍。

图25是表示端面直径D相对于宽度方向中心直径A的比例(D/A)与环状密封面414a的位移量的关系的坐标图。D/A为1.2的比较例1在压靠动作中产生的环状密封面414a的位移量为9.428μm。D/A为1.25的比较例2在压靠动作中产生的环状密封面414a的位移量为7.233μm。D/A为1.30的实施例10在压靠动作中产生的环状密封面414a的位移量为6.175μm。D/A为1.5的实施例7在压靠动作中产生的环状密封面414a的位移量为4.887μm。由此，在端面直径D相对于宽度方向中心直径A为1.3倍以上时，环状密封面414a的位移量的减少率急剧地变得平缓。这可考虑是因为，当端面直径D成为1.3倍以上且扩径宽度尺寸E增大时，支撑在圆柱部的中心部产生的径外方向的变形所需的厚度的壁形成在比环状密封突起414靠外侧处，阀主体的刚性升高。由此，端面直径D相对于宽度方向中心直径A优选为1.3倍以上。

在此，发明者们基于实施例10来制造图4所示的阀芯104，对于该阀芯104进行了颗粒试验。该颗粒试验作为前处理，在纯水流动的线上设置评价阀(装配有阀芯104的阀)，在阀全开状态下持续3小时地使纯水以1,000mL/min流动并进行了评价阀的冲洗。然后，在纯水流动的线上设置评价阀，在评价阀的下游侧设置颗粒计数器，将评价阀的密封载荷设定为50N，并将评价阀到600分钟进行15,000次阀开闭动作并使纯水以1,000mL/min流动，使通过了评价阀的纯水中的75mL/min通过颗粒计数器。利用颗粒计数器，每1min测定20nm以上的颗粒的个数的累计值，根据该累计值，测定了15,000次阀开闭动作期间每1mL包含的颗粒值。装配有阀芯104的评价阀的颗粒试验结果如图24所示。

如图24所示，阀芯104在颗粒试验中测定到的颗粒每1mL为17.78个。

相对于此，发明者们对于环状密封面414a的位移量为6.175μm以上且9μm以下的未采取对策的样品，也实施了颗粒试验。试验方法与上述相同，因此省略说明。其结果是，样品在颗粒试验中测定到的颗粒为797.8个。根据上述的颗粒试验可知，当环状密封面414a的位移量超过6.175μm时，颗粒产生量急剧增加。由此，阀芯通过使环状密封面414a的位移量为6.175μm以下，能够有效地减少颗粒的产生量。

发明者们对于颗粒试验结束后的阀芯104，拍摄了环状密封面414a的显微镜照片。在将显微镜照片的倍率设定为500倍的情况下，阀芯104在环状密封面414a的Q部确认到毛刺，在环状密封面414a的R部未确认到毛刺。在环状密封面414a的R部未产生毛刺可考虑是因为，在环状密封面414a向径外方向移动时，在R部产生的毛刺被卷入环状密封面414a与阀座面24a之间。

此外，发明者们使显微镜照片的倍率从500倍上升为2000倍，而确认到了Q部附近的状态。可知阀芯104产生如图26及图27的Z1所示那样的细小的褶皱，或者如图中Z2所示产生细小的擦伤等。而且可知，阀芯104如图中Z3所示，毛刺以从环状密封面414a的Q部向内周面414b侧拉出而卷起的方式产生。由此，可认为当阀芯104开始阀开闭动作时，环状密封面414a使Q部摩擦阀座而形成小的擦伤，这些擦伤在反复进行阀开闭动作期间卷起而成为毛刺，这些毛刺从环状密封面414a脱离而成为颗粒。由此，可认为若能抑制环状密封突起414使环状密封面414a沿径向位移地变形的情况，则Q部的磨损减少，通过颗粒计数器能够测定的颗粒自不必说，通过颗粒计数器无法测定的微细的颗粒的产生也能够减少。

<(b)关于厚度F对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将仅是厚度F不同的比较例3、实施例2、实施例7进行比较。比较例3的环状密封突起414的中心位置处的轴线方向的厚度F相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A(5mm)而设定为作为0.6倍的3mm。实施例7的环状密封突起414的中心位置处的轴线方向的厚度F相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A(5mm)而设定为作为0.74倍的3.7mm。实施例2的环状密封突起414的中心位置处的轴线方向的厚度F相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A(5mm)而设定为作为0.9倍的4.5mm。需要说明的是，比较例3、实施例2、实施例7的阀主体1541、341、1043的高度G相同，通过肩部1542、3411、412来调整厚度F的尺寸。

图9示出比较例3的位移量解析结果。如图中X156、X158所示，比较例3的阀主体1541的阀芯部1540的位移量从中心部朝向径外侧变大。如图中X158所示，阀芯部1540的环状密封突起414的图中上侧部分的位移量越接近环状密封突起414越大。此外，阀主体1541的阀座侧端面411a的中心部与外缘部的位移量之差大。由此可知，比较例3在压靠动作中，圆柱部411以使阀座侧端面411a侧向径外方向鼓出的方式变形，难以将环状密封突起414向阀座面24a垂直地压靠。并且，如图中X151～X154所示可知，环状密封突起414的外周面414c侧比内周面414b侧的位移量大，并以使前端部向径外侧扩展的方式挠曲。如图23所示，比较例3的环状密封面414a的位移量为6.449μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为12.90×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为6.45×10^-2倍。

如图16的X108所示，实施例7的阀主体1043的环状密封突起414的图中上侧部分的位移量以轴线为中心呈同心圆状地变化。由此，阀主体1043的阀芯部1042沿垂直方向容易变形，容易将环状密封突起414向阀座面24a垂直地压靠。而且，如图中X101～X104所示，实施例7的P部、Q部、R部、S部的位移量小于比较例3。由此，与比较例3相比，实施例7难以挠曲。如图23所示，实施例7的环状密封面414a的位移量为4.887μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为9.77×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为4.89×10^-2倍。

图11示出实施例2的位移量解析结果。如图中X36、X38所示，实施例2的阀主体341的环状密封突起414的图中上侧部分的变形量比实施例7更加以轴线为中心呈同心圆状地变化。而且，如图中X31、X32所示，实施例2与实施例7相比，环状密封突起414的P部和Q部的变形量小。由此，实施例2与实施例7相比，圆柱部411及环状密封突起414沿垂直方向容易变形。如图23所示，实施例2的环状密封面414a的位移量为4.037μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为8.07×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为4.04×10^-2倍。

由此，阀芯即使增大了厚度F，也能够抑制环状密封面414a的位移量。这考虑是因为，阀芯在厚度F厚时，使从驱动部3受到的载荷在从阀座侧端面分离的位置处分散，沿阀座方向(垂直方向)容易发挥作用。

<(c)关于凸部对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将仅是凸部416的有无不同的实施例1的阀芯204与实施例10的阀芯104进行比较。实施例1相对于实施例10而言，差别仅在于设有凸部416的方面。关于实施例10，如上所述，因此省略说明。实施例1的凸部416的基端部直径H为4mm。而且，凸部416的从前端面416a到阀座侧端面1411a的高度I是与环状密封突起414的高度C相同的0.5mm。

可知图10的X21～X24所示的实施例1的P部～S部附近的位移量比图19的X11～X14所示的实施例10的P部～S部附近的位移量小，实施例1与实施例10相比环状密封突起414的变形小。并且，如图23所示，实施例10的环状密封面414a的位移量为6.175μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度尺寸B为6.18×10^-2倍，或者相对于宽度方向中心直径A为12.40×10^-4倍。另一方面，实施例1的环状密封面414a的位移量为5.064μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度尺寸B为5.06×10^-2倍，或者相对于宽度方向中心直径A为10.10×10^-4倍。由此，实施例1通过具备凸部416，而将环状密封面414a的位移量抑制成相对于实施例10的环状密封面414a的位移量为82％。

而且，实施例1的环状密封突起414的P部上方的位移量(图10的X26)比实施例10的P部上方的位移量(参照图19的X16)小。而且，实施例1如图10的X26、X27所示，与实施例10相比，位移量以轴线为中心呈同心圆状地变化。由此，实施例1与实施例10相比，阀主体241的阀座侧端面1411a附近难以向径外方向变形(容易向被赋予密封载荷的垂直方向变形)。

由此，实施例1通过具备凸部416，能够抑制阀座侧端面1411a向阀座侧弯曲地变形的情况、及环状密封突起414向径外方向挠曲地变形的情况，能够减少环状密封面414a的位移量。这考虑是因为，实施例1与实施例10相比，圆柱部1411利用凸部416将中心部加强，提高了刚性。

发明者们基于实施例1而制作了图5所示的阀芯204，对于阀芯204进行了颗粒试验。其试验结果如图24所示。需要说明的是，颗粒试验的方法与上述的颗粒试验相同，因此省略说明。

如图24所示，阀芯204在颗粒试验中被测定到的颗粒每1mL为4.44个。由此，阀芯204与阀芯104相比难以产生颗粒。而且，阀芯204在颗粒试验中被测定到的颗粒的数目相对于阀芯104减少为4分之1。由此，阀芯204通过具备凸部416能够减少颗粒的量。

发明者们对于颗粒试验结束后的阀芯204拍摄了环状密封面414a的显微镜照片。在将显微镜照片的倍率设定为500倍的情况下，阀芯204在环状密封面414a的Q部和R部都未确认到毛刺。此外，发明者们将显微镜照片的倍率从500倍提升为2000倍，关于阀芯204，确认了环状密封面414a的Q部附近的状态。阀芯204的显微镜照片及其影像图如图28及图29所示。阀芯204如图28及图29的Z4所示，在环状密封面414a的Q部未确认到褶皱、擦伤、毛刺。不仅如此，而且阀芯204成为Q部表面的凹凸平顺的状态。由此，可认为阀芯204不仅能够抑制或防止通过颗粒计数器能够测定的颗粒的产生，而且能够抑制或防止通过颗粒计数器无法测定的微细颗粒的产生。

<(d)关于环状凹槽对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将仅是环状凹槽415的有无不同的实施例8、9进行比较。实施例8在凸部1143与环状密封突起414之间形成环状凹槽1144。凸部1143形成为基端部直径为4mm，高度I为0.4mm。实施例9在凸部7416与环状密封突起414之间未形成环状凹槽。凸部7416的高度I与凸部1143相同。

图18示出实施例9的位移量解析结果。如X76所示，阀主体741的在凸部7416处向径外方向产生的变形直接向环状密封突起414传递。因此，如图中X71～X74所示，环状密封突起414由凸部7416向径外方向压出。如图23所示，实施例9的环状密封面414a的位移量为4.302μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为8.60×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为4.30×10^-2倍。

图17示出实施例8的位移量解析结果。阀主体1141的在凸部1143处向径外方向产生的变形难以从环状凹槽1144向环状密封突起414传递。因此，如图中X111～X115所示，环状密封突起414主要产生在垂直方向上的变形，将环状密封面414a相对于阀座面24a沿大致垂直方向压靠。如图23所示，实施例8的环状密封面414a的位移量为3.736μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为7.47×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为3.74×10^-2倍。

通过以上所述，阀芯通过在凸部与环状密封突起之间形成环状凹槽，与仅具备凸部的阀芯相比，能够抑制环状密封面的向径外方向的位移量。

<(e)关于基端部直径H对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将仅是基端部直径H不同的实施例1与实施例13进行比较。实施例1的凸部416的基端部直径H设定为与细部直径J相同的4mm。而且，实施例13的凸部944的基端部直径H设定为比细部直径J(4mm)小的2mm。实施例1的环状凹槽415与实施例13的环状凹槽945相比设置得宽幅。

图22示出实施例13的位移量解析结果。如图中X96所示，阀主体943在凸部944的范围内产生阀座方向的变形。然而，如图中X97所示，阀主体943在比凸部944靠外侧且比颈部413的外周面413a靠内侧的部分处产生径外方向的变形。该变形如图中X98所示，经由环状密封突起414的图中上侧部分向圆柱部1411的外周面411b直接传递。并且，如图中X91～X94所示，环状密封突起414的外周面414c比内周面414b的变形量大。如图23所示，实施例13的环状密封面414a的位移量为6.162μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为12.30×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为6.16×10^-2倍。

另一方面，如图10所示，实施例1与实施例13相比，整体性地位移量以阀主体241的轴线为中心呈同心圆状地变化。如图中X21～X26所示，阀芯204的比环状密封突起414的P部靠外侧的变形量小于实施例13。并且，如X21～X24所示，阀芯204的P部、Q部、R部、S部的变形量比实施例13小。如图23所示，实施例1的环状密封面414a的位移量为5.064μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为10.10×10^-4倍，相对于宽度尺寸B为5.06×10^-2倍。

因此，阀芯通过将基端部直径H设为细部直径J以上，能够抑制环状密封面的位移量。这考虑是因为，凸部416支撑驱动部的载荷整体并能够广阔地分散。

<(f)关于凸部高度I对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将仅是凸部的高度I不同的实施例1、11、12进行比较。实施例1的凸部416的高度I是与环状密封突起414的高度C相同的0.5mm。实施例11的凸部1243的高度I相对于环状密封突起414的高度C为成为0.7倍的0.35mm。实施例12的凸部1343的高度I相对于环状密封突起414的高度C为成为0.6倍的0.3mm。图10、图20、图21示出实施例1、11、12的位移量解析结果。

如图10的X26、X27所示，实施例1的凸部416的变形由环状凹槽415阻隔而难以向环状密封突起414传递，环状密封突起414主要沿垂直方向变形。相对于此，如图20的X126、X128及图21的X138所示，实施例11、12的凸部1243、1343的径外方向的变形容易越过环状凹槽1244、1344而向环状密封突起414的图中上侧部分传递。而且，如图20的X123所示，实施例11的R部的位移量比实施例1大。而且，如图21的X133所示，实施例13的环状密封突起414的外周面414c的位移量比实施例1、10大。如图23所示，环状密封面414a的位移量在实施例1中为5.064μm，在实施例11中为5.644μm，在实施例12中为5.678μmm。由此，凸部416的高度I越高，越能抑制环状密封面414a的位移量。这考虑是因为，高度I越高，通过凸部使变形越广泛地分散，越能够抑制向环状密封面414a传递的变形量。而且，可考虑是因为，环状凹槽形成得深，凸部的变形难以向环状密封突起传递。

<(g)关于端面直径D与厚度F的组合对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将端面直径D和厚度F不同的实施例2、3进行比较。实施例2的端面直径D为7.5mm，厚度F为4.5mm。另一方面，实施例3的端面直径D为8.5mm，厚度F为5.4mm。图11及图12示出实施例2、3的位移量解析结果。

实施例3中图12的X41～X44所示的P部、Q部、R部、S部的位移量比实施例2(参照图11的X31～X35)小，环状密封突起414沿垂直方向进行变形。而且，实施例3的阀芯部440与实施例2的阀芯部340相比，位移量以轴线为中心呈同心圆状地变化。如图23所示，实施例2的环状密封面414a的位移为4.037μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为8.07×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为4.04×10^-2倍。另一方面，实施例3的环状密封面414a的位移量为3.224μm。该位移量相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A为6.45×10^-4倍，或者相对于宽度尺寸B为3.22×10^-2倍。

由此，实施例3与实施例2相比，圆柱部4411和阀座侧端面4411a的变形小，能够将环状密封突起414向阀座面24a垂直地压靠。而且，实施例3与实施例2相比，环状密封突起414被向阀座面24a垂直地压靠而难以变形，能抑制环状密封面414a的位移量。这考虑是因为，实施例3与实施例2相比，端面直径D和厚度F大，由此使驱动部3的载荷在从阀座侧端面4411a分离的位置处广泛地分散，能够将环状密封突起414相对于阀座24垂直地压靠。

发明者们基于实施例2、3来制作阀芯304、404，进行了颗粒试验。颗粒试验的方法与上述的颗粒试验同样，因此省略说明。该颗粒试验的结果如图24所示。

如图24所示，阀芯304在颗粒试验中被测定到的颗粒的数目每1mL为2.22个。该颗粒的数目相对于实施例10减少为约9分之1。另一方面，如图24所示，阀芯404在颗粒试验中未被测定颗粒。由此，越增大圆柱部411的端面直径D和厚度F，抑制颗粒的效果越变大。这是因为刚性升高的缘故。

而且，发明者们对于结束了颗粒试验的阀芯304、404以倍率2000倍拍摄了环状密封面414a的显微镜照片。阀芯304、404都在环状密封面414a未确认到毛刺。阀芯404与阀芯304相比，Q部的表面平滑。这考虑是因为，阀芯404与阀芯304相比，环状密封突起414被沿垂直方向压靠的缘故。

由此，可认为阀芯的端面直径D和厚度F越大，不仅越能够抑制或防止利用颗粒计数器能够测定的颗粒的产生，而且越能够抑制或防止利用颗粒计数器无法测定的微细的颗粒的产生。

<(h)关于凸部与端面直径D的组合对环状密封面的位移量产生的效果>

然而，如实施例3那样，当增大端面直径D时，隔膜室22扩展，因此阀体21变大。而且，作用于阀座侧端面4411a的流体压力升高，因此为了增强密封载荷而驱动部变大。另一方面，当厚度F大时，在隔膜室22内容易形成滞留部。而且，隔膜室22扩展，因此阀体21变大。因此，发明者们如图3所示，对于端面直径D和厚度F比实施例3小且具备凸部416的实施例4，解析了位移量。实施例4的阀芯4的位移量解析结果如图13所示。

如图3所示，实施例3的端面直径D为8.5mm，厚度F为5.4mm，不具备凸部。另一方面，实施例4的端面直径D为7.5mm，厚度F为4.5mm，具备凸部416。图12及图13示出实施例3、4的位移量解析结果。

如图13所示，实施例4的阀主体41利用凸部416提高中心部的刚性，与实施例3(参照图12)相比，中心部难以向径外方向变形。并且，如图13的X6、X7所示，阀主体41即使凸部416向径外方向变形，该变形也难以通过环状凹槽415向环状密封突起414传递。此外，如图13的X1～X4所示，实施例4的阀主体41的环状密封突起414的P部、Q部、R部、S部的位移量被抑制成与实施例3(参照图12的X41～X44)相同程度。如图23所示，环状密封面414a的位移量为3.687μm。实施例3的环状密封面414a的位移量为3.224μm。

这样，实施例4即使端面直径D相对于实施例3减小为约0.88倍，厚度F相对于实施例3减小为约0.83倍，通过具备凸部416和环状凹槽415，也能将环状密封面414a的位移量设为与实施例3相同程度。由此，实施例4与实施例3相比，能够使驱动部3和阀体21紧凑。由此，在实施例4中，能够抑制环状密封面414a的位移量而减少磨损，能够抑制颗粒，并能够使阀尺寸紧凑。而且，实施例4抑制阀主体41的劣化，因此能够长时间地维持初期的密封力，能够扩宽阀的检修间隔。

<(i)关于凸部、厚度F、高度G的组合对环状密封面的位移量产生的效果>

如图3所示，将厚度F和高度G不同的实施例4、5、6进行比较。实施例4、5、6的T部的位置、凸部416和环状凹槽415同样地设置。实施例4、5、6通过高度G的尺寸和肩部412、543、643的倾斜角度来调整厚度F的尺寸。实施例4的厚度F相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A(5mm)成为0.9倍的4.5mm。而且，实施例4的高度G为2.65mm。实施例5的厚度F相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A(5mm)成为0.8倍的4.0mm。而且，实施例5的高度G为2.15mm。实施例6的厚度F相对于环状密封面414a的宽度方向中心直径A(5mm)成为0.7倍的3.5mm。而且，实施例4的高度G为1.65mm。实施例4～6的阀芯4、504、604的位移量解析结果如图13～图15所示。

如图13、图14、图15所示，实施例4、5、6通过凸部416使阀主体41、541、641的中心部提高刚性，难以向径外方向变形。在凸部416产生的径外方向的变形难以通过环状凹槽415向环状密封突起414传递。而且，如图13、图14、图15所示，阀主体41、541、641的位移量以轴线为中心呈同心圆状地变化，沿垂直方向容易变形。如图13的X5～X7、图14的X55～X57、图15的X65～X67所示，阀座侧端面411a、5411a、6411a的变形被抑制成相同程度，将环状密封突起414向阀座面24a垂直地压靠。此外，如图13的X1～X4、图14的X51～X54、图15的X61～X64所示，实施例4、5、6的P点、Q点、R点、S点的位移量为相同程度，环状密封突起414沿垂直方向变形。如图23所示，实施例4的环状密封面414a的位移量为3.687μm。实施例5的环状密封面414a的位移量为4.100μm。实施例6的环状密封面414a的位移量为4.685μm。

由此，阀芯即使减小高度G而扩大隔膜室的容积，只要增大肩部的倾斜而确保厚度F，就能够抑制环状密封面的位移量。而且，阀芯由于高度G低，肩部的倾斜变大，因而流体难以滞留于隔膜室。由此，难以产生滞留的流体劣化，或固化而成为颗粒的不良的情况。

<关于环状密封面的位移量与颗粒的数目的关系>

根据上述的颗粒试验的结果，当总结环状密封面的位移量与颗粒的产生数目的关系时，如图24所示。如图24所示，环状密封面414a的位移量随着6.175μm、5.064μm、4.037μm、3.224μm这样减小，颗粒产生量减少为17.78个、4.44个、2.22个、0个。此外，环状密封面414a的位移量超过6.175μm且为9μm以下的未采取对策的样品的颗粒的产生数目急剧地增加为797.8个。由此，阀芯通过使环状密封面414a的位移量为6.175μm以下，能够有效地减少颗粒。

尤其是如图26～图29所示，在环状密封面414a的位移量为6.175μm的实施例10的阀芯104和环状密封面414a的位移量为5.064μm的实施例1的阀芯204中，阀芯204的环状密封面414a的皲裂少，难以产生毛刺。因此，可认为实施例1的阀芯204与实施例10的阀芯104相比，能够有效地抑制或防止微细颗粒从环状密封面414a的产生。由此，流体控制阀通过使阀芯具备稍微减小环状密封面的位移量的形状，即使在半导体制造上成为问题的颗粒发生微细化，也能够排除颗粒产生原因自身。而且，能够实现阀芯的长寿命化，能够减轻流体控制阀1的检修负担。

<其他>

发明者们也研究了在隔膜阀芯104的阀座侧端面411a不设置环状密封突起414而使阀座侧端面411a平坦，并沿着阀座24的开口部外周设置凸部的结构。然而，在该结构中，无法像本实施方式的隔膜阀芯104那样减少闭阀时产生的环状密封面的磨损、颗粒。

B.第二实施方式

接下来，说明本发明的第二实施方式的流体控制阀。第二实施方式的流体控制阀仅是阀芯的材质与第一实施方式的流体控制阀1的隔膜阀芯4(实施例4)不同。在此，第二实施方式的阀芯的标号设为“4A”，其他的标号仍使用第一实施方式中使用的标号。

第二实施方式的阀芯4A通过对PFA制的圆棒进行切削，而成形为与第一实施方式的隔膜阀芯4相同的形状。PFA与PTFE相比，硬度高，难以磨损。因此，阀芯4A与第一实施方式的PTFE制的隔膜阀芯4相比，即使受到密封载荷，圆柱部411、环状密封突起414也难以变形。由此，第二实施方式的流体控制阀与第一实施方式的流体控制阀1相比，阀芯4A的环状密封面414a相对于阀座面24a难以摩擦，能抑制在闭阀时产生的阀芯4A的变形引起的磨损，因此能够减少颗粒的产生。

在此，发明者们对于阀芯4A和隔膜阀芯4的各环状密封面414a，在使用前的初期时和进行了5000次阀开闭动作之后，分别拍摄了显微镜照片。阀芯4A在初期时和5000次动作后，环状密封面414a几乎没有变化，在环状密封面414a几乎未确认到褶皱、伤痕。另一方面，当隔膜阀芯4进行5000次动作后，在环状密封面414a的内侧缘部附近确认到微细的褶皱、伤痕。由此，当利用PFA形成环状密封突起414时，能够抑制或减少在闭阀时产生的环状密封面414a的磨损，难以产生微细颗粒。

而且，发明者们对于阀芯4A和隔膜阀芯4进行了磨损颗粒捕集试验。试验装置通过从上游侧依次配置除去5μm以上的异物的一次侧过滤器、试验对象(装配有阀芯4A的流体控制阀或装配有隔膜阀芯4的流体控制阀)、除去50nm以上的异物的二次侧过滤器而构成。一边向一次侧过滤器每分钟供给30ml的纯水，一边使试验对象进行了40000次阀开闭动作之后，通过测定二次侧过滤器捕集到的颗粒的数目而进行了试验。由于一次侧过滤器将纯水中含有的异物除去，因此二次侧过滤器捕集到的颗粒可认为是由于阀芯4、4A的磨损而产生的颗粒。

试验结果是在装配有隔膜阀芯4的流体控制阀中，磨损颗粒捕集数目为41个。另一方面，在装配有阀芯4A的流体控制阀中，磨损颗粒捕集数目为14个。由此，由PFA形成的阀芯4A与由PTFE形成的隔膜阀芯4相比，磨损颗粒捕集数目能够减少65％。根据该试验结果，能够确认到环状密封突起414中，与由PTFE形成相比，由PFA形成的一方难以产生磨损颗粒。

C.第三实施方式

接下来，说明本发明的第三实施方式的流体控制阀。图31示出本发明的第三实施方式的流体控制阀所使用的阀芯9的剖视图。图32、图33示出第一及第二变形例的阀芯109、209。阀芯9、109、209在将由不同材质形成的两个零件结合而构成的点上与第二实施方式的阀芯4A不同，其他的结构与第二实施方式的阀芯4A相同。在以下的说明中，对于与第二实施方式相同的结构，使用与第二实施方式相同的标号而适当省略说明，以与第二实施方式不同的点为中心进行说明。

如第二实施方式中说明那样，阀芯4A由PFA形成，因此在闭阀时产生的环状密封面414a的磨损减少，能够抑制磨损颗粒的产生。然而，PFA由于原料获得困难性的问题等而基于切削的成形困难。因此，如图31所示，第三实施方式的阀芯9在阀主体93的颈部413与肩部412(阀芯部410)之间被分割成第一零件91和第二零件92。第一零件91由PTFE形成，第二零件92由PFA形成，通过嵌入成形而将第一零件91与第二零件92一体化。第一零件91具备薄膜部42、外缘部43、阀主体93的颈部413。另一方面，第二零件92具备阀主体93的肩部412、圆柱部411、环状密封突起414、环状凹槽415、凸部416。

PFA能够进行PTFE难以实现的熔融成形。而且，PFA比PTFE的熔点低。另一方面，PTFE容易获得原料，与PFA相比，基于切削的成形容易。因此，阀芯9通过将第一零件91削出PTFE制的圆棒而形成。并且，通过在将沿轴线方向突出地设于第一零件91的连结凸部91a插入模具的状态下使熔融的PFA流入连结凸部91a的周围并固化，由此形成第二零件92。因此，第二零件92通过熔融成形能够简单且高精度地形成圆柱部411、环状密封突起414、环状凹槽415、凸部416。而且，具备颈部413的第一零件91由硬度比PFA低的树脂(例如PTFE)形成，具备环状密封突起414且由PFA形成与第一零件91结合的第二零件92，因此容易形成环状密封突起414由PFA形成的阀芯9。

阀芯9的第一零件91嵌入成形于第二零件92，因此在第一零件91与第二零件92之间几乎没有间隙。而且，阀芯9在连结凸部91a的外周面上沿周向形成凹凸，在该凹凸内填充有PFA的状态下将第二零件92与第一零件91结合。因此，即使流体控制阀反复进行阀开闭动作，在第二零件92与第一零件91之间也难以形成间隙。由此，装配阀芯9的流体控制阀中，微细颗粒难以进入第一零件91与第二零件92之间，而且，难以发生药液等进入第一零件91与第二零件92之间并固化而产生颗粒的情况。此外，阀芯9由于环状密封突起414、圆柱部411由PFA形成而难以变形，因此能够抑制在闭阀时产生的环状密封面414a的磨损，能够减少颗粒。

图32所示的第一变形例的阀芯109在第一零件191的阀座侧端面411a呈环状地形成压入槽191a，并向该压入槽191a压入环状的第二零件192。环状密封突起414由第二零件192构成。第一零件191由PTFE形成，第二零件192由PFA形成。阀芯109由于环状密封突起414由PFA形成而难以变形，因此通过抑制在闭阀时产生的环状密封面414a的磨损，能减少颗粒的产生。需要说明的是，阀芯109在第二零件192与压入槽191a的内壁之间能够形成间隙，废料可能会进入。而且，阀芯109通过将第二零件192向压入槽191a压入而将第一零件191与第二零件192结合，因此在产品之间，圆柱部411、环状密封突起414、环状凹槽415、凸部416的尺寸可能会产生变动。

图33所示的第二变形例的阀芯209仅是在第一零件291突出设置外螺纹部291a并使该外螺纹部291a与第二零件292的内螺纹部292a螺合的点与第三实施方式的阀芯9不同。阀芯209由于圆柱部411和环状密封突起414由PFA形成而难以变形，因此通过抑制在闭阀时产生的环状密封面414a的磨损，能够减少颗粒的产生。需要说明的是，阀芯209在外螺纹部291a与内螺纹部292a之间必然产生间隙，微细的废料可能会进入该间隙。

由此，在阀芯由两个零件构成的情况下，如阀芯9那样，通过嵌入成形将第一零件91与第二零件92一体化的情况下的颗粒抑制效果最高。阀芯109、209若进行利用树脂等将形成于第一零件191、291与第二零件192、292之间的间隙填埋的处理，则能得到与阀芯9同样的颗粒抑制效果。而且，若是压入、螺纹紧固，则不需要嵌入用模具，无论何种形状都能够适用，通用性高。

本发明没有限定为上述实施方式，能够进行各种应用。

(1)例如，在上述实施方式中，将流体控制阀1适用于半导体制造装置，但也可以适用于其他的装置。

(2)例如，在上述实施方式中，阀芯部410具备圆柱部411和肩部412，但阀主体也可以设为圆锥形状。

(3)例如，在上述实施方式中，将流体控制阀1构成为隔膜阀，但也可以在波纹管阀或电磁阀等的不具备薄膜部的阀芯适用隔膜阀芯4的环状密封突起414附近的形状，来抑制环状密封面的位移量。

(4)例如，在上述实施方式中，将薄膜部42与颈部413连接。相对于此，薄膜部42也可以如图34示出的第三变形例的阀芯4B所示，连接于肩部412与颈部413的连接部分，也可以如图35示出的第四变形例的阀芯4C所示，连接于圆柱部411。

(5)例如，在上述实施方式中，通过将隔膜阀芯4的外螺纹部413b与驱动部3的内螺纹部35c螺合，而将隔膜阀芯4与驱动部3连结。相对于此，也可以如图36所示的第五变形例的阀芯4D那样，在颈部413形成内螺纹部420，并在驱动部3的活塞35设置与该内螺纹部420螺合的外螺纹部，由此将阀芯4D与驱动部3连结。

(6)隔膜阀芯4的材质也可以是改性PTFE(改性聚四氟乙烯)硬度D55～60或PFA(四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)硬度D60～64。

(7)阀体21(阀座24)的材质可以是PTFE(聚四氟乙烯)硬度D53～58或改性PTFE(改性聚四氟乙烯)硬度D55～60。

(8)也可以是环状密封面414a的拐角部倒棱角或拐角部倒圆角。这种情况下，平坦的面的内周与外周之间的中心位置的直径相当于“环状密封部的直径”。而且，环状密封面414a除了平坦以外，也可以将环状密封突起414的前端部设为呈圆角形状的环状密封部。这种情况下，环状密封部与阀座相对的顶点部分的直径相当于“环状密封部的直径”。在上述的情况下，若以使隔膜阀芯4的阀主体41产生的压缩变形仅沿垂直方向产生的方式构成环状密封突起414周边的形状(例如，圆柱部411的直径、凸部416、环状凹槽415等)，则能得到与上述实施方式同样的作用效果。

(9)环状凹槽415的底面也可以与阀座侧端面411a同等或大致相同高度。

(10)阀座侧端面411a并不局限于平坦形状，也可以是斜面或曲面。

(11)为了抑制颗粒产生所需的环状密封面414a的位移量并不局限于径向的外侧位移量，也可以是内侧位移量。

(12)环状密封突起也可以设为圆筒形状，并使从阀座侧到阀座相反侧的径向的厚度一定。

(13)环状密封突起的突起形状也可以是阀芯的径向轴芯侧的壁形状与径向轴芯相反侧的壁形状不同的形状。该壁的形状、突起的高度只要以使环状密封面(环状密封部)的位移量减小的方式设定即可。

(14)D/A并不局限于上述实施方式，也可以是1.35、1.40、1.45等。如图25所示，若D/A变大，则环状密封面414a的位移量下降，能够抑制颗粒的产生。

Claims

1.一种流体控制阀，其特征在于，具有：

驱动部；

阀体，具有第一端口、第二端口、阀座；及

阀芯，形成为柱状，且与所述驱动部连结，

所述阀芯具有环状密封突起，该环状密封突起在位于阀座侧的阀座侧端面上呈环状地突出设置且在前端部设置有被压靠于所述阀座而进行密封的环状密封部，至少所述环状密封突起为氟树脂制，

所述阀芯在利用所述驱动部将所述环状密封部压靠于所述阀座时，所述环状密封部在径向上位移的位移量为6.175μm以下。

2.一种流体控制阀，其特征在于，具有：

驱动部；

阀体，具有第一端口、第二端口、阀座；及

阀芯，形成为柱状，且与所述驱动部连结，

所述阀芯在利用所述驱动部将所述环状密封部压靠于所述阀座时，所述环状密封部在径向上位移的位移量相对于与所述阀座未抵接时的所述环状密封部的直径为12.4×10^-4倍以下。

3.一种流体控制阀，其特征在于，具有：

驱动部；

阀体，具有第一端口、第二端口、阀座；及

阀芯，形成为柱状，且与所述驱动部连结，

所述阀座侧端面的直径为与所述阀座未抵接时的所述环状密封部的直径的1.3倍以上。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的流体控制阀，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的流体控制阀，其特征在于，

所述阀芯的最细部分的直径比所述环状密封部的直径小。

6.根据权利要求5所述的流体控制阀，其特征在于，

所述阀芯的所述环状密封部的径向中心位置的轴线方向的厚度相对于所述环状密封部的直径为0.7倍以上。

7.根据权利要求5所述的流体控制阀，其特征在于，

所述阀芯在所述环状密封突起的内侧具有从所述阀座侧端面向阀座方向突出的凸部。

8.根据权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的流体控制阀，其特征在于，

所述凸部的与所述阀座侧端面连接的基端部的直径为所述阀芯的最细部分的直径以上。

10.根据权利要求8所述的流体控制阀，其特征在于，

11.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的流体控制阀，其特征在于，

所述环状密封突起由PFA形成。

12.根据权利要求3所述的流体控制阀，其特征在于，