JP2005265032A - Seat structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧容器弁の構成要素であるシート部の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a seat portion that is a component of a high-pressure vessel valve.
各種の高圧ガスを使用するガス配管システムは近年高度化高機能化してきている。その代表例は半導体製造システムに顕著に認められる。すなわち、配管システム全体の洗浄を行うには、大流量のガスを短時間に流入させる機能が高圧容器弁に必要とされてきている。 In recent years, gas piping systems using various high-pressure gases have become sophisticated and highly functional. A typical example is noticeable in semiconductor manufacturing systems. That is, in order to clean the entire piping system, the high-pressure vessel valve has been required to have a function of flowing a large amount of gas in a short time.
この機能は高圧容器弁の「流量係数」Cv値で表現され容器弁の流量に対する能力値とされている。(数1)にCv値の計算式を示す。 This function is expressed by a “flow coefficient” Cv value of the high-pressure vessel valve and is a capability value with respect to the flow rate of the vessel valve. (Equation 1) shows the formula for calculating the Cv value.
Cvの大きさは、瞬間的に対応できる高圧容器弁の流量能力を示している。いいかえれば、高圧容器弁の能力を表しているといえる。 The magnitude of Cv indicates the flow capacity of the high-pressure vessel valve that can be handled instantaneously. In other words, it can be said to represent the capacity of the high-pressure vessel valve.
半導体製造業界ばかりでなく、汎用の高圧ガス需要業界からも、Cv値の大きな高圧容器弁が、要請される趨勢となってきた。 A high pressure vessel valve having a large Cv value has been requested not only from the semiconductor manufacturing industry but also from the general-purpose high-pressure gas demand industry.
(図1)に現用されている高圧容器弁の外観図を、(図2)にCv値を支配すると考えられるシール部の拡大図を示した。 An external view of the currently used high-pressure vessel valve is shown in (FIG. 1), and an enlarged view of a seal portion considered to dominate the Cv value is shown in (FIG. 2).
ケレップ1の先端部は、角度θで、バルブ本体3のガス流入口2内に嵌入している。ケレップ1の最先端部の直径Dとガス流入口2の直径dとの間に、D>dの関係が成り立つ様に設計されている。
The tip of the
ケレップ1の先端部(円錐台の形状)の嵌入角度θを種々に変えた実験の結果を(表1)にしめした。 Table 1 shows the results of an experiment in which the insertion angle θ of the tip portion (the shape of the truncated cone) of the Kelepp 1 was variously changed.
現用高圧容器弁ケレップ1の先端部の嵌入角度θが現用の角度45°より小となるにつれて、Cv値は小さくなり、目的に反する傾向となる。 As the insertion angle θ at the tip of the working high-pressure vessel valve Kelep 1 becomes smaller than the working angle 45 °, the Cv value becomes smaller and tends to be contrary to the purpose.
θを大きくするとCv値は大きくなり、θ=90°で極めて良好なCv値が得られる事を掴んだ。
高圧容器弁の流量対応能力に対する市場の要請は益々過酷となりつゝある。流量対応能力を表すCv値は2.5程度である。 The market demand for the ability of high pressure vessel valves to handle flow is becoming increasingly severe. The Cv value representing the flow capacity capability is about 2.5.
市場の要請に応えるにはCv値3.0以上が確保できる「シール部構造」を開発し、この「シール部構造」を共通搭載した高圧容器弁を実用化する必要がある。 In order to meet market demands, it is necessary to develop a “seal part structure” that can secure a Cv value of 3.0 or more, and to put into practical use a high-pressure vessel valve that is commonly equipped with this “seal part structure”.
1)形状・構造面からの解決手段
本発明による高圧容器弁の概観図(図2)に示すシール部の構造4aの詳細を(図4)に示した。
1) Solution from shape and structure The details of the structure 4a of the seal portion shown in the general view (FIG. 2) of the high-pressure vessel valve according to the present invention are shown in FIG.
弁シート部で、ケレップ側シール部5を、ケレップ本体1と分離した構造とする。分離構造としたケレップ側シール部をシートデスク5と今後呼称する。なお、ケレップ本体1とシートデスク部5の接合は、冷間カシメ法、焼き嵌または冷やし嵌法等によって行う。
The valve seat portion has a structure in which the Kerep
本発明の構造面での特徴を以下に示す。
ア)シートデスク5のシール部に、深さbの窪みを有する高さa、直径Dの窪み付きで、かつ先端r面を有する円錐台状の突起(外輪山形状)を形成する。なお、窪み底面形状は特定化しない。Cv値に対する最適なa、b、b/aおよびr値が存在する。
イ)突起部は角度ωで構成する。Cv値に対する最適ωが存在する。
ウ)弁本体側3と接触するシートデスク5のシール部は接触直径Dと弁本体3のガス流入口2の直径とは常にD>dより大とする。Cv値に対する最適D/dが存在する。
エ)シートデスク5のシール部と弁本体3のシール部との接触部の表面仕上げ状況は用途に合わせた精度に仕上げる。
The structural features of the present invention are shown below.
A) A frustoconical protrusion (an outer ring mountain shape) having a height “a” having a depth “b” and a diameter “D” and having a tip r surface is formed on the seal portion of the
B) The protrusion is formed at an angle ω. There is an optimal ω for the Cv value.
C) The seal portion of the
D) The surface finish of the contact portion between the seal portion of the
2)材質面からの検討
ア)シートデスク5の硬さ≦弁本体3側のシール部硬さとする事を原則とする。
イ)特に腐食性の強いガスに対しては、孔蝕電位に差のない材質を選定する。
ウ)低硬度で良好な耐食を有する以下の材料が好適である。
エ)Nickel 200ないしはNickel 201がシートデスク5用材料として好ましい。
2) Examination from the viewpoint of material a) The hardness of the
B) For gases that are particularly corrosive, select materials that have no difference in pitting potential.
C) The following materials having low hardness and good corrosion resistance are suitable.
D) Nickel 200 or Nickel 201 is preferable as the material for the
本発明の容器弁構造で、弁シート部を構成するケレップ構造に大きな新規性がある。この構造は材質と熱処理と構成方式についての詳細な検討により達成できた。 In the container valve structure of the present invention, there is a great novelty in the Kelep structure constituting the valve seat portion. This structure can be achieved by detailed examination of material, heat treatment and construction method.
本発明のシート部構造用いることにより、高圧容器弁のCv値が向上できる。これにより、各種のシステムに高圧ガスの供給に際して、短時間に大容量のガスが供給でき、効率のよい洗浄が可能となり、生産性の大幅な向上が期待できる。 By using the seat portion structure of the present invention, the Cv value of the high-pressure vessel valve can be improved. As a result, when supplying high-pressure gas to various systems, a large volume of gas can be supplied in a short time, enabling efficient cleaning, and a significant improvement in productivity can be expected.
また、この構造を見出したことにより、より小さい推力で気密性を得ることが可能となったので、空気圧による自動開閉操作機構、アクチュエータの搭載により自動開閉ができることとなった。遠隔自動操作は、本容器弁の使用する作業者の手動による開閉操作時の安全性に対する不安感を払拭でき、また、万一の被災が回避できる。 In addition, by finding this structure, it became possible to obtain airtightness with a smaller thrust, and therefore automatic opening / closing was possible by mounting an automatic opening / closing operation mechanism and actuator using pneumatic pressure. Remote automatic operation can dispel the sense of safety about the manual opening / closing operation of the operator who uses this container valve, and can avoid any damage.
本発明に基づいて製作したシート部構造を用いた高圧容器弁で本発明の検証を行った。以下に、その詳細を説明する。 The present invention was verified with a high-pressure vessel valve using a seat portion structure manufactured according to the present invention. The details will be described below.
シートデスク部の形状は(図4)で、接触円の直径D=5±0.05mm、窪み部の深さb=0.4+0.1−0mm、シール部のr=0.2mm(0.8S),シール部角度ω=60°,これとシール部を構成する弁本体のガス流入孔の直径d=4mm とした。 The shape of the seat desk part is (FIG. 4), the diameter D of the contact circle D = 5 ± 0.05 mm, the depth b of the depression b = 0.4 + 0.1-0 mm, and the seal part r = 0.2 mm (0. 8S), the seal portion angle ω = 60 °, and the diameter d of the gas inflow hole of the valve body constituting the seal portion was set to 4 mm.
シートデスク5はシール部の機密性確保を目的にケレップ本体とは別構成とした。勿論、ケレップと一体構成とする事例も本発明に包含される事は言うまでもない。
The
シートデスク5には耐食性の確保とシール性確保を目的に、炭素=0.02%,
ニッケル=99.5%のNICKEL201を用いた。焼鈍によりHV硬さを80〜100に調整し、ケレップ本体に焼嵌により嵌合一体化した。以下に本発明のシート部構造を用いた高圧容器弁としての機能特性について説明する。
The
Nickel = 99.5% NICKEL201 was used. The HV hardness was adjusted to 80 to 100 by annealing, and the fitting was integrated with the Kelep body by quenching. The functional characteristics as a high-pressure vessel valve using the seat part structure of the present invention will be described below.
(表1)に本発明のシート部構造を用いた高圧容器弁のCv値を、同一条件で測定した従来の容器弁のCv値と比較して示した。 Table 1 shows the Cv value of the high-pressure vessel valve using the seat structure of the present invention compared with the Cv value of the conventional vessel valve measured under the same conditions.
本発明の容器弁1〜5のCv値はいずれも従来の容器弁のそれのおおよそ1.5倍に 到達している。このCv値は、容器弁の業界では画期的な値である。
The Cv values of the
本設計のコンセプトに基づいて容器弁の耐久性について評価し結果を(表2)に示した。 The durability of the container valve was evaluated based on the concept of this design, and the results are shown in Table 2.
本発明の容器弁の耐久性は、同一条件で測定した従来の容器弁を遙かに凌いでいる。この事は、本発明の設計のコンセプトは、Cv値が良好であるばかりでなく、耐久性の点でも優れた容器弁を提供できる優れたものである事が検証できた。なお、アクチュエータの最小作動圧力は、従来容器弁の 0.4 MPa に対して、本発明の容器弁は0.38〜0.43 MPa でほぼ同等であった。 The durability of the container valve of the present invention far exceeds the conventional container valve measured under the same conditions. This proves that the design concept of the present invention is not only excellent in Cv value but also excellent in providing a container valve that is excellent in terms of durability. Note that the minimum operating pressure of the actuator was approximately equal to 0.38 to 0.43 MPa for the container valve of the present invention, compared to 0.4 MPa for the conventional container valve.
今後、半導体製造業界におよばず、高圧容器弁需要業界はいずれも高い生産性を追求し続け、今までの装置に比べ遙かに生産性の高いシステムが組み込まれている事は言うまでもない。 In the future, not only the semiconductor manufacturing industry but also the high pressure vessel valve demand industry will continue to pursue high productivity, and it goes without saying that a system that is much more productive than conventional devices is incorporated.
この様な趨勢の中で、容器弁による流量制御の自動制御技術が具体化しつつある。本発明のシート部構造を組み込んだ高圧容器弁がそのプロセスに必須でかつ重要な役割を果たすとともに、同工業界の発展的展開に大きく貢献する。 Under such a trend, automatic control technology for flow rate control using a container valve is being realized. The high-pressure vessel valve incorporating the seat portion structure of the present invention plays an essential and important role in the process and greatly contributes to the development of the industry.
1. ケレップ
2. ガス流入口
3. バルブ本体
4. 現用高圧容器弁のシール部
4a.本発明による高圧容器弁のシール部
5. シートデスク
1.
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2004
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US10731763B2 (en) | 2014-02-20 | 2020-08-04 | Fujikin Incorporated | Valve element and high-temperature-oriented valve |
KR102143570B1 (en) * | 2014-02-20 | 2020-08-12 | 가부시키가이샤 후지킨 | Valve body and high temperature valve |
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