JP2005147268A - 薬液弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール性能及びボディの耐久性を向上させることができる薬液弁を提供すること。
【解決手段】 肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃが設けられた射出成形品であるボディ２に弁座５が内設され、弁座５に当接又は離間するダイアフラム７が押圧バネ１３で弁座５方向に付勢されている薬液弁１において、略円筒構造を有する突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを取付板１６に設け、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃをボディ２の肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃに嵌め込むようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体を制御する薬液弁に関する。

流体を制御する薬液弁には、例えば、特許文献１に示すものがある。ここでは、後述する本発明の薬液弁１との差異を明確にするために、特許文献１に示す薬液弁と基本構造が同様であって公然に使用されている薬液弁１００を用いて説明する。図５は、従来の薬液弁１００の断面図である。

薬液弁１００は、ボディ１０１にアクチュエータ組立１０２が連結されている。ボディ１０１には、入力ポート１０４と出力ポート１０５とを連通させる弁座１０６が内設されている。アクチュエータ組立１０２には、ピストンロッド１０７が摺動可能に保持されている。ピストンロッド１０７は、下端部がボディ１０１に突き出し、ダイアフラム１０８が螺設されている。アクチュエータ組立１０２には、押圧バネ１０９が縮設され、ピストンロッド１０７に常時弁座１０６方向の力を作用させている。よって、薬液弁１００は、操作ポート１１０に操作流体が供給されていない間は、押圧バネ１０９の弾圧力でダイアフラム１０８を弁座１０６に当接させる。一方、薬液弁１００は、操作ポート１１０に操作流体が供給されると、押圧バネ１０９の弾圧力に抗してピストンロッド１０７を移動させ、ダイアフラム１０８を弁座１０６から離間させる。かかる薬液弁１００は、ボディ１０１に連結した取付板１１１を図示しない半導体製造装置にネジ止めすることにより、図示しない半導体製造装置に組み付けられる。

ところで、薬液弁１００は、耐腐食性の観点よりボディ１０１、ダイアフラム１０８、取付板１１１などが樹脂で成形されている。ボディ１０１は、ブロック状をなし、入力ポート１０４と出力ポート１０５とを連通させる流路が形成されているため、肉厚が均等でない。ボディ１０１は、射出成形によって形成されるが、肉厚が不均等のままであると、樹脂を冷却する際に肉厚部と肉薄部との収縮率が異なったり、樹脂を金型に注入する際にボイドが発生するなどして流路表面や側面などが凸凹になり、所望の形状が出せないおそれがある。そのため、ボディ１０１には、肉盗み１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが施され、余分な肉を省いて肉厚の均一化を図っている。

特開２００１−１５３２６１号公報（第５〜７頁、第１図。）

しかしながら、従来の薬液弁１００は、ボディ１０１の肉盗み１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが空洞であるため、ボディ１０１の強度が低下し、シール性能やボディ１０１の耐久性が悪い問題があった。

ボディ１０１は、押圧バネ１０９の弾圧力が弁座１０６から取付板１１１へと作用する。ボディ１０１は、肉盗み１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが取付板１１１を取り付けられる底部に施され、強度が低下している。ボディ１０１は、弁座１０６が円筒部１１２の上端開口部に設けられ、弁座１０６と同軸上に弁孔１１３が形成されている。円筒部１１２は、弁孔１１３に直交するように第１流路１１３が開設されて入力ポート１０４と弁座１０６とを連通させており、肉厚が円周方向に均一でない。そのため、ボディ１０１は、押圧バネ１０９の弾圧力が弁座１０６に作用すると、円筒部１１２が強度の弱い入力ポート１０４側に歪んだり、肉盗み１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの内周面が歪むなどして、弁座１０６が入力ポート１０４側に沈み込むことがあった。薬液弁１００は、弁座１０６がダイアフラム１０８に対して僅かでも傾くと、シール力の均一性が損なわれ、流体漏れが発生する問題がある。

また、薬液弁１００は、閉弁時に円筒部１１２が歪んでも、開弁時に押圧バネ１０９の弾圧力を解除すると、円筒部１１２がもとの形状に戻っていた。そのため、薬液弁１００が開閉弁動作を繰り返すと、ボディ１０１は、円筒部１１２が繰り返し応力を発生し、劣化しやすかった。

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、シール性能及びボディの耐久性を向上させることができる薬液弁を提供することを目的とする。

本発明に係る薬液弁は、次のような構成を有している。
（１）肉盗みが設けられた射出成形品であるボディに弁座が内設され、弁座に当接又は離間する弁体が付勢手段で弁座方向に付勢された薬液弁において、ボディに取り付けられる取付板に、肉盗みに嵌め込まれる突起部を設けたことを特徴とする。

（２）（１）に記載の発明において、肉盗みが弁座と同心円状に形成され、突起部が略円筒構造を有していることを特徴とする。

上記構成を有する発明の作用効果について説明する。
薬液弁は、弁体が付勢手段に付勢されて弁座に当接し、流体を遮断する。付勢手段の付勢力は、弁座を介してボディに作用する。ボディは、樹脂成形時の収縮率の相違やボイドなどによって流路表面などが凸凹にならないように肉盗みが設けられ、付勢手段の付勢力が肉盗みを潰す方向に作用する。しかし、ボディは、肉盗みに取付板の突起部が嵌め込まれて取付板と一体化されている。そのため、ボディは、肉盗みの内周面が取付板の突起部に支持されて補強され、付勢手段の付勢力が弁座に作用しても歪みにくく、肉盗みが空洞の場合より強度が向上する。これにより、弁座は、付勢手段の付勢力で弁体に押し潰されたり倒されたりしにくくなり、シール力の均一性が確保される。また、薬液弁が開閉弁動作を繰り返しても、ボディは、繰り返し応力を発生せず、劣化しにくい。よって、本発明の薬液弁によれば、シール性能及びボディの耐久性を向上させることができる。

ここで、付勢手段の付勢力は、弁体を介して弁座に作用し、その力がボディから取付板へと伝達される。取付板の突起部は、ボディの肉盗みに弁座と同心円状に嵌め込まれるため、付勢手段の付勢力が突起部に垂直に作用し、突起部が取付板に接続する付け根部分に片寄った力が作用しない。またこのとき、付勢手段の付勢力は、突起部全体にほぼ均一に分散される。そのため、取付板は、付勢手段の付勢力に対する突起部の強度が強く、取付板がボディを安定して支えるため、ボディの歪みを防止することができる。

次に、本発明に係る薬液弁の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、薬液弁１の断面図であって、閉弁状態を示す。図２は、図１のＡＡ断面図である。
薬液弁１は、例えば、半導体製造装置に設置される。薬液弁１は、ボディ２にアクチュエータ組立１９を連結したものであり、アクチュエータ組立１９に内設されるピストンロッド１０に従ってダイアフラム７を弁座５に当接又は離間させるエアオペレイトバルブである。

ボディ２は、耐腐食性などの観点から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）などのフッ素樹脂を射出成形でブロック状に成形したものである。ボディ２には、入力ポート３と出力ポート４が形成され、入力ポート３と出力ポート４との間に弁座５が一体成形されている。ボディ２には、シリンダ６とカバー８を積み重ねられ、４本の図示しない連結ネジがカバー８からシリンダ６、ボディ２へと貫き通され、ボディ２、シリンダ６、カバー８を一体化している。これにより、ボディ２にアクチュエータ組立１９が連結されている。

ボディ２とシリンダ６との間には、ダイアフラム７の周縁部７ｃが狭持されている。ダイアフラム７は、円柱状の弁体部７ａに薄膜部７ｂを介して肉厚の周縁部７ｃを接続したものであって、弁体部７ａが弁座５に当接又は離間するように配設されている。

シリンダ６は、中空孔を備える円筒形状に成形されたものであり、カバー８との間にピストン室９が形成されている。ピストン室９は、ピストンロッド１０が摺動可能に装填され、一次室９Ａと二次室９Ｂに気密に区画されている。一次室９Ａには、シリンダ６に開設された操作ポート１１が連通している。また、二次室９Ｂには、カバー８に開設された排気ポート１２が連通するとともに、押圧バネ１３が縮設され、ピストンロッド１０に常時弁座５方向の力を作用させている。ピストンロッド１０は、下端部がボディ１０１に突き出し、ダイアフラム７が螺設されている。そのため、操作ポート１１から一次室９Ａに供給する操作流体を制御すれば、一次室９Ａと二次室９Ｂとの圧力を変動させて、ダイアフラム７に上下方向の駆動力を与えることができる。ピストンロッド１０の上端部には、カバー８に貫き通されたインジケータ１４が螺合され、インジケータ１４をカバー８の穿通孔８ａから出し入れするようになっている。

このような薬液弁１は、図１に示すように、ボディ２の下端面に取付板１６が固設されている。薬液弁１は、取付板１６が半導体製造装置にネジ止めされ、入力ポート３と出力ポート４に継手１７，１８を介して配管が接続されることにより、半導体製造装置に組み付けられる。尚、継手１７，１８は、耐腐食性などの観点よりフッ素樹脂を射出成形で成形されている。また、取付板１６は、フッ素樹脂より強度の強い樹脂を射出成形して、ボディ２より強度を強くしている。本実施の形態では、取付板１６は、フッ素樹脂より強度が強く、成形性に優れ、さらに、雰囲気に対する耐腐食を確保しうるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用している。このように、取付板１６をボディ２より強度を強くすることにより、取付板１６がボディ２を支える力が大きくなり、ボディ２の強度を強くすることができる。

ここで、薬液弁１のボディ２は、射出成形によって形成され、入力ポート３と出力ポート４とを弁座５を介して連通させる流路が形成されている。ボディ２は、アクチュエータ組立１９が連結する連結口２１が開設され、連結口２１と同軸上に円筒部２２が内設されている。円筒部２２には、連結口２１と同軸上に弁孔２３が形成され、弁孔２３の開口端部に弁座５が設けられている。弁孔２３には、入力ポート３と同軸上に設けられた第１流路２４が直交するように形成されている。そのため、円筒部２２には、第１流路２４が貫いており、肉厚が均一な円筒構造になっていない。また、連結口２１の開口部外周には、ダイアフラム７の周縁部７ｃを位置決めするための嵌合溝２５が環状に設けられている。そのため、嵌合溝２５にダイアフラム７の周縁部７ｃを嵌め込んでボディ２にアクチュエータ組立１９を連結することにより、連結部２１の内周面と円筒部２５の外周面との間に連通路２６が環状に形成される。連通路２６には、出力ポート４と同軸上に設けられた第２流路２７が直交するように連通している。連通路２６は、第１流路２４との干渉を避けて弁座５と第２流路２７とを連通させるように、底面が斜めに形成されている。従って、薬液弁１は、入力ポート３が第１流路２４、弁孔２３、弁座５、連通路２６、第２流路２７を介して出力ポート４と連通する。

このように流路が形成されたボディ２は、肉厚が各部で不均一である。例えば、ボディ２は、円筒部２２が肉薄であるのに対して、取付板１６を取り付けられる底部が肉厚である。このままの状態でボディ２を射出成形すると、フッ素樹脂を金型に流し込む際にボイドが発生したり、金型に流し込んだフッ素樹脂を冷却する際にフッ素樹脂の収縮率が肉厚部と肉薄部とで不均一になることがある。この場合、ボディ２は、流路表面などが凸凹になって所望の形状を出せないおそれがある。

この対策として、ボディ２には、肉厚部分に肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃが施されている。ボディ２は、強度が欲しい部分の肉を残し、それ以外の強度的に問題のない部分の肉を盗むことにより肉厚をできる限り均一にしている。本実施の形態では、ボディ２は、弁座５に押圧バネ１３の弾圧力が作用するため、弁座５の真下に肉を残し、アクチュエータ組立１９側から荷重のかからない弁孔２３、連通路２６、嵌合溝２６の下方に肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃを施して、肉厚の均一化を図っている。肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃには、取付板１６に突設された突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃがきっちり嵌め込まれている。突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃと肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃとは、対応した構造をなす。そこで、先ず突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの構造を説明した後、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃについて簡単に説明する。

図３は、取付板１６の平面図である。図４は、取付板１６の斜視図である。図３及び図４の斜線は、断面を示すものではなく、図４の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの上端面形状を図３において認識しやすくするためのものである。具体的には、図３に示す突起部１６ａの斜線部は、図４に示す突起部１６ａの上端面Ｘ１を示している。図３に示す突起部１６ｂの斜線部は、図４に示す突起部１６ｂの上端面Ｘ２を示している。図３に示す突起部１６ｃの斜線部は、図４に示す突起部１６ｃの上端面Ｘ３を示している。

取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、略円筒構造を有している。略円筒構造にしたのは、応力集中を避けて剛性を確保するためである。また、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、取付板１６に対して同心円状に突設されている。同心円状にしたのは、ボディ２にアクチュエータ組立１９側から作用する力を取付板１６全体に均一に分散させるためである。かかる突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、ボディ２に形成された流路と干渉しないように、高さ調整されたり、切りかかれたりしている。

突起部１６ａは、取付板１６の中央部に円筒状に突設され、ボディ２の肉盗み２ａに嵌め込まれる。突起部１６ａは、弁孔２３に干渉しないように、突起部１６ｂ，１６ｃより高さが低くなっている。上端面Ｘ１は、第１流路２４に対して平行になるよう水平に設けられている。
また、突起部１６ｂは、突起部１６ａの外側に円筒状に突設され、ボディ２の肉盗み２ｂに嵌め込まれる。突起部１６ｂは、上端面Ｘ２が連通路２６の底面に対して平行になるように斜めに形成されている。突起部１６ｂは、第１流路２４と干渉しないように切欠部Ｙ１が高さ方向に長く切りかかれている。
また、突起部１６ｃは、突起部１６ｃの外側に円筒状に突設され、ボディ２の肉盗み２ｃに嵌め込まれる。突起部１６ｃは、突起部１６ａ，１６ｂより高さが高く、上端面Ｘ３が嵌合溝２５の底面と平行になるように水平に形成されている。突起部１６ｃは、第１，２流路２４，２７と干渉しないように切欠部Ｙ２，Ｙ３が高さ方向に長く切りかかれている。

かかる取付板１６に対し、ボディ２は、図１及び図２に示すように、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃが取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃと同一寸法若しくは若干小さい寸法で施されている。肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃは、弁座５と同心円状に形成されている。肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃを弁座５と同心円状に形成したのは、弁座５に作用する荷重を取付板１６に均一に伝達するためである。肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃは、流路と干渉することを避けるようにボディ２に施されている。

肉盗み２ａは、弁孔２３の下方に浅く形成されている。また、肉盗み２ｂは、連通路２６の下方に斜めに形成されている。また、肉盗み２ｃは、嵌合溝２５の下方に設けられ、連結孔２１の周りの肉を盗むように深く形成されている。肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃは、底部に残る肉の肉厚が均一になるように厚さが調整されている。

薬液弁１は、図１及び図２に示すように、ボディ２の肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃに取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６をきっちり嵌め込み、連結口２１にアクチュエータ組立１９を組み付けて、図示しない連結ネジをアクチュエータ組立１９からボディ２を介して取付板１６へと貫き通して締結することにより、組み立てられる。

続いて、上記構成を有する薬液弁１の動作について説明する。
操作ポート１１から一次室９Ａに操作流体を供給しない場合には、図１に示すように、ピストンロッド１０が押圧バネ１３に押し下げられて、ダイアフラム７の弁体部７ａを弁座５に当接させる。そのため、入力ポート３に供給された薬液が出力ポート４から出力されない。
一方、操作ポート１１から一次室９Ａに操作流体を供給すると、ピストンロッド１０が押圧バネ１３に抗して上昇し、ダイアフラム７の弁体部７ａを弁座５から離間させる。そのため、入力ポート３に供給された薬液が弁開度に応じた流量で出力ポート４から出力される。

ここで、薬液弁１が閉弁しているときは、ダイアフラム７の弁体部７ａが、ピストンロッド１０を介して押圧バネ１３の弾圧力で弁座５をシールする。そのため、ボディ２には、押圧バネ１３の弾圧力が取付板１６を押し付ける方向に作用する。

これに対し、ボディ２は、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃに取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃがきっちり嵌め込まれ、取付板１６と一体化されている。これにより、ボディ２は、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃの内周面が取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃに支持されて補強され、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃに肉が詰まっているのと同じような状態になる。つまり、ボディ２の強度が、肉盗み１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを空洞にしている従来の薬液弁１００（図５参照）より向上する。押圧バネ１３の弾圧力は、弁座５から円筒部２２を介して取付板１６に作用する他、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃから突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの上端面Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３（図４参照）を介して取付板１６全体に分散して作用する。そのため、ボディ２は、弁座５に押圧バネ１３の弾圧力が作用しても、円筒部２２が歪んでゆがみにくく、弁座５が押圧バネ１３の弾圧力で沈み込んだり、ダイアフラム７に押し潰されたり倒されたりしにくい。これにより、薬液弁１は、シール力の均一性が確保され、流体漏れを防止することが可能である。

特に、ボディ２は、取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが弁座５と同心円状に肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃにきっちり嵌め込まれている。そのため、弁座５に作用する押圧バネ１３の弾圧力は、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの上端面Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３に対してほぼ図中垂直方向に作用し、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが取付板１６に接続する付け根部分に片寄った力が作用しない。またこのとき、押圧バネ１３の弾圧力は、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ全体に分散され、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが取付板１６に接続する付け根部分に作用する荷重が小さくなる。そのため、取付板１６は、押圧バネ１３の弾圧力に対する突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの強度が強く、ボディ２の歪みを防止する。

ここで、薬液弁１は、開閉弁動作を繰り返し、ボディ２に繰り返し荷重が作用する。すなわち、薬液弁１は、閉弁時には、ダイアフラム７の弁体部７ａが弁座５に衝突して衝撃荷重を与え、さらに、押圧バネ１３の弾圧力が弁座５に作用するが、開弁時には、それらの荷重が解除される。しかし、ボディ２は、強度が向上して閉弁時に歪みにくいため、薬液弁１の開閉弁動作に合わせて繰り返し応力を発生しにくい。よって、ボディ２は、薬液弁１が開閉弁動作を繰り返しても、劣化しにくい。

従って、本実施の形態の薬液弁１は、ボディ２に取り付けられる取付板１６に、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃに嵌め込まれる突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを設けたので、ボディ２の強度が向上し、シール性能及びボディ２の耐久性を向上させることができる。

このことは、薬液弁１を半導体製造装置の分配装置に設置した場合のように、薬液弁１が高圧の薬液を制御するときに特に有益である。すなわち、分配装置は、タンクに貯められている薬液を半導体製造工程で使用される各処理装置に分配して供給するものである。薬液弁１は、一般的に半導体製造工程で使用されるの各処理装置に設置されて３００〜５００ｋＰａの薬液を制御するが、分配装置に設置されると、約７００ｋＰａの薬液を制御する必要がある。この場合、薬液弁１は、流体圧に抗してダイアフラム７を弁座５に当接させるために、押圧バネ１３の弾圧力が３００〜５００ｋＰａの薬液を制御する場合より大きく設定される。これに対して、薬液弁１は、ボディ２の強度が肉盗み１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃが空洞である従来の薬液弁１００（図５参照）より向上しているため、押圧バネ１３の弾圧力が大きくなっても、弁座５がダイアフラム７に押し潰されたり倒されたりしにくく、シール力の均一性が確保される。そのため、薬液弁１は、分配装置に設置されて高圧の薬液を制御する場合でも、優れたシール性能を発揮することができる。

また、薬液弁１は、肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃが弁座５と同心円状に形成され、突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが略円筒形状に形成されており、取付板１６がボディ２を安定して支えるため、ボディ２の歪みを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施の形態では、ボディ２の肉盗み２ａ，２ｂ，２ｃと取付板１６の突起部１６ａ，１６ｂ，１６ｃとを円筒形状に設けたが、ボディ２の肉厚を均一にするものであれば、形状はこれに限定されない。

（２）例えば、上記実施の形態では、半導体製造装置に設置したが、使用用途をこれに限定するものではない。また、薬液の流体圧などもこれに限定されるものではなく、３００〜５００ｋＰａより低圧の流体を制御する薬液弁に同様の構造を適用して、ボディの強度を向上させるようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係り、薬液弁の断面図であって、閉弁状態を示す。 同じく、図１のＡＡ断面図である。 同じく、取付板の平面図である。 同じく、取付板の斜視図である。 従来の薬液弁の断面図である。

符号の説明

１ 薬液弁
２ ボディ
２ａ，２ｂ，２ｃ 肉盗み
５ 弁座
７ ダイアフラム
１３ 押圧バネ
１６ 取付板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 突起部

Claims (2)

1. 肉盗みが設けられた射出成形品であるボディに弁座が内設され、前記弁座に当接又は離間する弁体が付勢手段で前記弁座方向に付勢された薬液弁において、
   前記ボディに取り付けられる取付板に、前記肉盗みに嵌め込まれる突起部を設けたことを特徴とする薬液弁。
2. 請求項１に記載する薬液弁において、
   前記肉盗みが前記弁座と同心円状に形成され、前記突起部が略円筒構造を有していることを特徴とする薬液弁。

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