JP2016138641A - 流体制御弁の弁座部シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】着座部材質の改良により材料組織の剥離に伴うパーティクルの被制御流体への混入を抑制し、被制御流体の高度な清浄度を維持することができる流体制御弁のための弁座部シール構造を提供する。【解決手段】被制御流体の流入部２１と、被制御流体の流出部２２と、弁座部２３を形成した弁室２０を有する弁室ボディ部１１と、弁座部をシールするシール部３３を有する弁部と、シール部側と逆側に形成されたダイヤフラム部４０とを備える弁機構部３０と、弁機構部を進退させることにより弁座の開閉を制御する進退部９０とを備え、弁座部及びシール部にフッ素樹脂を使用するとともに、弁座部にＰＦＡを使用し、弁座部及び前記シール部におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定した算術表面粗さ（Ｒａ）が０．１以下を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は流体制御弁の弁座部シール構造に関し、特に着座部分の平滑性を高めてパーティクルの発生を抑制する流体制御弁の弁座部シール構造に関する。

半導体の製造等において、シリコンウエハの洗浄用の純水やエッチング処理用の薬液等の流体には極めて高い清浄度が求められる。具体的には、半導体製造における大規模集積化、加工の微細化が進み、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）において、２０１５年に３２ｎｍプロセスとなることが定められている。プロセスで表される数字（３２ｎｍ）は、ＭＰＵにおける最下層の最も狭い配線のピッチ（線幅＋線間隔）の半分（ハーフピッチ）として定義されている。このように配線幅が定められる中にあっては、半導体製造工程内における流体の流通経路に微細なゴミ（パーティクル）の混入は、製品の歩留まりに大きな影響を与える。パーティクルは、配線ピッチの４分の１（２０１５年のプロセスの場合、８ｎｍ）以下とする必要があることから、流体の清浄度を維持しながら流通させる部材は大きな意味を持つ。

例えば、従前構造の流体制御弁は図１０に開示される（特許文献１等参照）。同流体制御弁１００は、被制御流体の流入部１２１及び流出部１２２と、流入部及び流出部の間に弁座部１２３を形成した弁室１２０を有する弁室ボディ部１１１、弁座部１２３を進退自在にシールする弁部１３１と弁室１２０内に装着されたダイヤフラム部１４０とを備える弁機構部１３０を備える。エアポート１９１から流出入する作動エアにより弁機構部１３０を進退させて弁座部１２３の開閉を駆動制御する駆動機構体１９０を弁室ボディ部１１１上のハウジングボディ部１１２内に収容している。駆動機構体１９０は、弁機構部１３０に接続されエアポート１９１から流入する作動エアを受ける受圧部１５６を有するピストン部１５０と、ピストン部１５０を弁座部１２３側に付勢するばね１８０を備える。図中、符号１１４は呼吸穴、１１６はピストン空間部である。

図１０の流体制御弁は、弁部が弁座部から離れて被制御流体が流通している状態である。ここで、エアポート１９１からの作動エアの供給圧力を低下することにより、ピストン部１５０の受圧部１５６に加わる圧力が低下する。結果、ばね１８０の付勢力が流入する作動エアの圧力に勝り、ピストン部１５０は降下する。こうして、弁機構部１３０を通じて弁部１３１は弁座部１２３に着座する。

図示の流体制御弁１００において、弁部１３１及び弁座部１２３を含む各部材は、一般にＰＴＦＥ等のフッ素樹脂製であり、切削により所定形状に形成される。ＰＴＦＥは耐薬品性が高く、また、清浄度も高く、半導体製造設備に多く用いられている。ところが、流体制御弁１００の構造から理解されるように、被制御流体の流通を完全に停止する場合、弁部１３１は弁座部１２３に着座する。つまり双方は衝突することになる。当該流体制御弁を長時間使用し続ける間に、弁座部及び弁部の双方に磨耗が生じる。弁の構造上、磨耗部分から剥離するパーティクルの発生を回避することは困難である。

しかしながら、前述のロードマップ等にもあるように、従来の基準よりもさらに微細なパーティクルが問題視され、その対応がより求められるようになった。従来構造の流体制御弁のままでは、新しい基準に対応したパーティクルの発生抑制に対応することには不十分である。そこでパーティクル発生の抑制に対応した新しい構造の流体制御弁が求められるに至った。

特許３５９０５７２号公報

本発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、着座部材質の改良により材料組織の剥離に伴うパーティクルの被制御流体への混入を抑制し、被制御流体の高度な清浄度を維持することができる流体制御弁のための弁座部シール構造を提供する。

すなわち、請求項１の発明は、被制御流体の流入部と、前記被制御流体の流出部と、前記流入部と前記流出部の間に弁座部を形成した弁室を有する弁室ボディ部と、前記弁座部を進退自在にシールするシール部を有する弁部と、前記シール部側と逆側に形成され前記弁室内に装着されたダイヤフラム部とを備える弁機構部と、前記弁機構部を進退させることにより前記弁座の開閉を制御する進退部とを備え、前記弁座部及び前記シール部にフッ素樹脂を使用するとともに、前記弁座部にＰＦＡを使用し、前記弁座部及び前記シール部におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定した算術表面粗さ（Ｒａ）が０．１以下を満たすことを特徴とする流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項２の発明は、前記弁座部を環状弁座部として前記弁室ボディ部に装着してなる請求項１に記載の流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項３の発明は、前記弁座部を環状弁座部として前記弁室ボディ部に装着するとともに、前記シール部を環状シール部として前記弁部に装着してなる請求項１に記載の流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項４の発明は、前記環状弁座部及び前記環状シール部の両方がＰＦＡにより形成される請求項３に記載の流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項５の発明は、前記弁座部及び前記シール部はともに平坦面である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項６の発明は、前記弁座部側に突状環部が形成され、前記シール部側が平坦面である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項７の発明は、前記弁座部側が平坦面であり、前記シール部側に突状環部が形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体制御弁の弁座部シール構造に係る。

請求項１の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、被制御流体の流入部と、前記被制御流体の流出部と、前記流入部と前記流出部の間に弁座部を形成した弁室を有する弁室ボディ部と、前記弁座部を進退自在にシールするシール部を有する弁部と、前記シール部側と逆側に形成され前記弁室内に装着されたダイヤフラム部とを備える弁機構部と、前記弁機構部を進退させることにより前記弁座の開閉を制御する進退部とを備え、前記弁座部及び前記シール部にフッ素樹脂を使用するとともに、前記弁座部にＰＦＡを使用し、前記弁座部及び前記シール部におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定した算術表面粗さ（Ｒａ）が０．１以下を満たすため、着座部材質の改良により材料組織の剥離に伴うパーティクルの被制御流体への混入を抑制し、被制御流体の高度な清浄度を維持することができる。

請求項２の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、請求項１の発明において、前記弁座部を環状弁座部として前記弁室ボディ部に装着してなるため、簡易な構造によりパーティクルの発生抑制が可能となる。

請求項３の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、請求項１の発明において、前記弁座部を環状弁座部として前記弁室ボディ部に装着するとともに、前記シール部を環状シール部として前記弁部に装着してなるため、着座部位のみを別部材により形成することによって、必要箇所のみの変更で済む。

請求項４の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、請求項３の発明において、前記環状弁座部及び前記環状シール部の両方がＰＦＡにより形成されるため、当該部位をパーティクルの発生しにくい材料を使用することにより、必要箇所のみの樹脂の改良で足りる。

請求項５の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記弁座部及び前記シール部はともに平坦面であるため、大きく寸法を変更することなく容易に当該構造を適用することができる。また、面接触箇所への適用も容易である。

請求項６の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記弁座部側に突状環部が形成され、前記シール部側が平坦面であるため、線接触によるシールの構造がより気密性に優れる。

請求項７の発明に係る流体制御弁の弁座部シール構造によると、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記弁座部側が平坦面であり、前記シール部側に突状環部が形成されているため、線接触によるシールの構造がより気密性に優れる。

本発明の第１実施形態に係る流体制御弁の第１縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体制御弁の第２縦断面図である。 第１実施形態に係る流体制御弁の主要部拡大断面図である。 第１実施形態に係る流体制御弁の主要部斜視図である。 第２実施形態に係る流体制御弁の主要部拡大断面図である。 第３実施形態に係る流体制御弁の主要部拡大断面図である。 第４実施形態に係る流体制御弁の主要部拡大断面図である。 電子顕微鏡により撮影したＰＦＡの着座部の写真である。 電子顕微鏡により撮影したＰＴＦＡの着座部の写真である。 従来の流体制御弁の縦断面図である。

本発明として図示する流体制御弁１０は、主に半導体製造工場や半導体製造装置等の流体管路に配設される。流体制御弁１０は流体管路を流れる純水や薬液等の被制御流体の流れを制御し、作動エアの供給制御に応じて被制御流体の流通を停止し、また再開する操作弁である。開示の流体制御弁１０においては、図１のとおり紙面左側（符号２１）から右側（符号２２）へ（上流側から下流側へ）被制御流体を流通させる配置である。これとは逆に、紙面右側から左側へ被制御流体を流通させる配置とすることも可能である（図示せず）。流体制御弁１０の接続の仕方は、配置場所の管路設計により適宜変更可能である。被制御流体の配管において、流体制御弁１０は上流側と下流側の間に配置される。被制御流体が流体制御弁１０内を通過（流通）する際に被制御流体の圧力は低下する。こうして、被制御流体の流体圧力の制御を通じて、被制御流体の流通流量は制御される。そこで、圧力及び流量の制御全般に使用される弁の意味から、流体制御弁とした。

図１及び図２の全体断面図を用い、第１実施形態の流体制御弁１０と、これに含まれる弁座部シール構造Ｓｖ１（図３，４参照）を説明する。図１は被制御流体の流通状態であり、図２は被制御流体の流通停止状態である。実施例の流体制御弁１０は、被制御流体を流通させる弁室ボディ部１１と、被制御流体の流通を停止可能とする弁機構部３０と、弁機構部３０の進退動作を行う進退部９０と、進退部９０を収容するハウジングボディ部１２を備える。

弁室ボディ部１１は被制御流体の流入部２１及びその流出部２２を備える。弁室ボディ部１１の流入部２１と流出部２２の間に、弁座部２３を形成した弁室２０が配される。

弁機構部３０は弁部３１（弁体）とダイヤフラム部４０を備える。図示の弁部３１は台形錐形状であり、その下部に弁座部２３を進退自在にシール（密着）するシール部３３が形成される。そして、弁部３１には、弁機構部３０の前進方向（図２の下向き）に被制御流体の流体圧力を受ける受圧部３２が備えられる。受圧部３２が設けられていることにより、弁機構部３０（ダイヤフラム部４０の可動膜部４１）に生じる上向きの力とは逆の下向きの力が発生する。そのため、被制御流体の流体圧力を通じて弁機構部３０を下向きに作用させやすくなる。弁部３１の中心には後出のピストン軸部５２の接続軸部５３に接続される接続穴３４が設けられる。

ダイヤフラム部４０は、ダイヤフラム面となる薄肉の可動膜部４１と、可動膜部４１の外周に配置される外周部４２を有する。図示の例では、弁機構部３０は弁部３１とダイヤフラム部４０を一体物として形成される。むろん、双方を別々に形成して事後的に接続する構成でもよい。外周部４２は、弁室ボディ部１１と弁室ボディ部の直上に配置される中間ボディ部１３との間に挟着されて固定される。中間ボディ部１３の上部にハウジングボディ部１２が重ねられる。ハウジングボディ部１２は内部にピストン空間部１６を有し、エアポートにより作動エアの流出及び流入が可能となる。実施例では、流体制御弁１０の外部とピストン空間部１６は、作動エアの第１エアポート９１と第２エアポート９２により接続される。ダイヤフラム部４０の可動膜部４１上部の空気流通のため、中間ボディ部１３に呼吸路１４が形成される。

エアポート（第１エアポート９１）から流入する作動エアの供給圧力が制御されることにより、弁座部２３の開閉を駆動制御する進退部９０は弁機構部３０を進退させる。進退部９０はハウジングボディ部１２のピストン空間部１６内に進退自在に収容される。細管路１７は第１エアポート９１とハウジングボディ部１２内のピストン空間部１６との間に形成される。細管路１７（絞り部）とすることにより、作動エアの流入量及び流出量を減少させることができる。そこで、作動エア量の変化に伴う進退部９０の急な動作を抑制することができる。第２エアポート９２は通気路１８を経由して、ピストン空間部１６の上部に形成されたばね収容部１５と通じている。第２エアポート９２と通気路１８はピストン空間部の上部の空気の抜け道となる。

進退部９０は、ピストン頭部５１、ピストン軸部５２、接続軸部５３を備え、弁機構部３０の弁部３１と螺着等により接続される。従って、進退部９０の上下動作と弁機構部３０の進退動作は連動する。図示では、付勢ばね５０がピストン頭部５１を弁座部２３側に付勢する部材として使用される。付勢ばね５０はコイルばねであり、ハウジングボディ部１２のばね支持部１９に装着される。常時ばね接触部５４を通じてピストン頭部５１は図示下向きに付勢される。むろん、弁機構部を進退させる手法は図示の実施形態のとおり、作動エアの供給圧力の制御に加えて、電磁石による制御、サーボモータ、ステッピングモータ等の回転駆動による制御等を採用することができる。

図示の実施形態の場合、ピストン空間部１６内の作動エアの気密性確保の観点から、パッキン６１，６２，６３が必要箇所に装着される。これらのパッキンはウレタンゴム、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、シリコーンゴム、フッ素樹脂ゴム等の公知の耐久性素材から形成されるＯリング等である。

流体制御弁１０は、超純水の他、フッ酸、過酸化水素水等の被制御流体に曝露される。そのため、耐蝕性及び耐薬品性の高いフッ素樹脂から形成される。特に、流体制御弁１０において、弁座部２３及びシール部３３にフッ素樹脂が使用され、弁座部２３側にはＰＦＡが使用される。ＰＦＡは一般に四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、パーフルオロアルコキシアルカン等と称されるフッ素樹脂の一種である。後述の実施例にて開示するように、ＰＦＡを使用することにより、部材表面は相対的に平滑となる。図示の第１実施形態の流体制御弁１０では、弁室ボディ部１１、ダイヤフラム部４０、中間ボディ部１３、及びハウジングボディ部１２は、フッ素樹脂においてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から形成される。前記の各種ＰＴＦＥ製の部材は切削により所望の形状に加工される。これに対して、ＰＦＡは切削加工に加えて溶融加工、成形も可能である。なお、弁室ボディ部１１全体をＰＦＡから形成しても良い。

本発明の目的であるパーティクル発生抑制に有効に作用するためには、弁座部２３及びシール部３３の平滑性（より平らであること）が高いことが望まれる。従って、弁座部２３及びシール部３３において、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定した算術表面粗さ（Ｒａ）が平滑性の評価の指標として用いられる。そこで、算術表面粗さ（Ｒａ）は０．１以下を満たすこと、好ましくは０．０８以下、さらに好ましくは０．０５以下を満たすことである。算術表面粗さ（Ｒａ）の数値は小さいほど平滑になる。算術表面粗さ（Ｒａ）の数値が０．１よりも大きくなる場合、部材表面の粗さの影響からパーティクルは生じやすくなる。そこで、効果的にパーティクル発生を抑制可能な範囲を検討すると、算術表面粗さ（Ｒａ）の数値は０．１以下となる。

次に図３の部分拡大断面図（端面図）及び図４の部分斜視図を用い、第１実施形態の流体制御弁１０における弁座部シール構造Ｓｖ１を構成する弁座部２３及びシール部３３について説明する。図３（ａ）は図１の被制御流体の流通状態に対応し、図３（ｂ）は被制御流体の流通停止状態に対応する。

弁座部２３は環状弁座部７０として弁室ボディ部１１に装着され、シール部３３は環状シール部８０として弁部３１に装着される。弁座部２３側の環状弁座部７０に突状環状部７１が形成され、シール部３３側の環状シール部８０は平坦面８２として形成される。当該実施形態において、弁室ボディ部１１の全体はＰＴＦＥから形成される。ＰＦＡから形成された環状弁座部７０は、熱融着等により弁座部２３の弁座凹部２６内に装着される。弁部３１を含むダイヤフラム部４０の全体もＰＴＦＥから形成される。ＰＦＡから形成された環状シール部８０も、熱融着等により弁体３１の弁体凹部３６内に装着される。

すなわち、着座により当接する部位のみを別部材により形成することによって、必要箇所のみの変更で済む。さらに、当該部位をパーティクルの発生しにくい材料を使用することにより、必要箇所のみの改良で済む。図４中、符号２５は弁座開口部である。

図示から理解されるように、弁部３１（環状シール部８０）が弁座部２３（環状弁座部７０）に着座した状態によると、突状環状部７１の山状の頂上部分も環状となる。そこで、突状環状部７１は平坦面８２と線接触により当接する。発明者の知見によると、着座部分の構造については、線接触によるシールの構造がより気密性に優れる傾向にある。おそらく、樹脂弾性の影響から密着が強固になると考えられる。弁座部２３と弁部３１との着座に伴うシールに際し、相互に当接（衝突）する部材同士のみＰＦＡから形成される。このようにすると、パーティクル発生の原因部位のみＰＦＡとし、他の部位にはＰＴＦＥ等のフッ素樹脂により形成することができる。それゆえ、既存の部材からの転用による製造も容易である。特に、ＰＴＦＥは屈曲変形への耐性に優れている。そこで、ダイヤフラム部等の屈曲変形を伴う部位にはＰＴＦＥを使用し続けることができる。

ここで、図１及び図２を用い、弁機構部３０の進退動作と弁座部２３の開閉について説明する。なお、各所のパッキンや各部材間に生じる摩擦抵抗の影響については、説明が複雑になるため省略する。図１の被制御流体の流通状態の流体制御弁１０では、第１エアポート９１からハウジングボディ部１２のピストン空間部１６内に作動エアが流入してピストン空間部１６内の作動エアの供給圧力が維持されている。作動エアは、付勢ばね５０に抗する供給圧力としている。ピストン頭部５１の下面部５５が作動エアの供給圧力を受けることにより、ピストン頭部５１とピストン軸部５２は持ち上げられる。そして、ピストン頭部５１の上昇と同時にピストン軸部５２に接続された弁機構部３０（ダイヤフラム部４０の弁部３１）も上昇する。つまり弁部３１は後退位置となる。弁部３１のシール部３３は弁座部２３から離れるため、弁座部２３のシールは解除され、弁室２０内の被制御流体の流通は確保される。

図２の被制御流体の流通を停止した状態の流体制御弁１０では、第１エアポート９１からピストン空間部１６に供給される作動エアの供給圧力が図１よりも低下している。作動エアの供給圧力が低下したことによって、付勢ばね５０のばね荷重がピストン頭部５１の下面部５５における作動エアの上昇力よりも大きくなる。結果、ピストン頭部５１とピストン軸部５２が降下する。そして、ピストン頭部５１の降下と同時にピストン軸部５２に接続された弁機構部３０（ダイヤフラム部４０の弁部３１）も降下する。つまり弁部３１は前進位置となる。弁部３１のシール部３３は弁座部２３に接近し、最終的に着座する。こうして弁座部２３はシールされ、弁室２０内の被制御流体の流通は停止される。

図１ないし図４の弁機構部３０（弁部３１）の進退動作の図示及び関連する説明から理解されるように、弁部３１（環状シール部８０）と弁座部２３（環状弁座部７０）は、常時相互に当接（衝突）する。それゆえ、当該箇所のパーティクル発生を抑制できれば、被制御流体の清浄度向上に大きく貢献できる。このことから、弁座部２３と弁部３１の着座に伴うシール部分のフッ素樹脂の材質にＰＦＡを採用し、かつ、平滑性を向上したことに大きな意味がある。

図５は、第２実施形態の弁座部シール構造Ｓｖ２の部分拡大断面図（端面図）である。図５（ａ）は被制御流体の流通状態に対応し、図５（ｂ）は被制御流体の流通停止状態に対応する。第２実施形態においては、弁座部２３は環状弁座部７０として弁室ボディ部１１に装着され、シール部３３は環状シール部８０として弁部３１に装着される。弁座部２３側の環状弁座部７０は平坦面７３として形成され、シール部３３側の環状シール部８０に突状環状部８４が形成される。当該第２実施形態においても、弁室ボディ部１１の全体はＰＴＦＥから形成される。ＰＦＡから形成された環状弁座部７０は、熱融着等により弁座部２３の弁座凹部２６内に装着される。弁部３１を含むダイヤフラム部４０の全体もＰＴＦＥから形成される。ＰＦＡから形成された環状シール部８０も、熱融着等により弁体３１の弁体凹部３６内に装着される。

第２実施形態の弁座部シール構造Ｓｖ２が第１実施形態と相違する点は、突状環部と平坦面の配置を逆にしたことである。突状環部と平坦面の配置は比較的自由であり、流体制御弁の弁室、弁座部、または弁部の構造、さらには流体制御弁の大きさ、使用頻度等により適宜選択される。

図６は、第３実施形態の弁座部シール構造Ｓｖ３の部分拡大断面図（端面図）である。図６（ａ）は被制御流体の流通状態に対応し、図６（ｂ）は被制御流体の流通停止状態に対応する。第３実施形態においては、弁座部２３は環状弁座部７０として弁室ボディ部１１に装着され、シール部３３は環状シール部８０として弁部３１に装着される。弁座部２３側の環状弁座部７０は平坦面７５として形成され、同様に、シール部３３側の環状シール部８０も平坦面８６として形成される。当該第３実施形態においても、弁室ボディ部１１の全体はＰＴＦＥから形成される。ＰＦＡから形成された環状弁座部７０は、熱融着等により弁座部２３の弁座凹部２６内に装着される。弁部３１を含むダイヤフラム部４０の全体もＰＴＦＥから形成される。ＰＦＡから形成された環状シール部８０も、熱融着等により弁体３１の弁体凹部３６内に装着される。

第３実施形態の弁座部シール構造Ｓｖ３の特徴は、弁部３１と弁座部２３との着座部分を双方とも平坦面としたことである。第３実施形態の場合、既存の平坦面からなる弁部、弁座部の構造を備えた流体制御弁に対しても、大きく寸法を変更することなく容易に当該構造を適用することができる。また、着座時の密着量の大きい面接触箇所への適用も容易である。

図７は、第４実施形態の弁座部シール構造Ｓｖ４の部分拡大断面図（端面図）である。図７（ａ）は被制御流体の流通状態に対応し、図７（ｂ）は被制御流体の流通停止状態に対応する。第４実施形態においては、弁座部２３は環状弁座部７０として弁室ボディ部１１に装着され平坦面７７として形成される。弁部３１のシール部３３には突状環部８８が直接形成される。第４実施形態の場合、既存の構造の流体制御弁に対しても、大きく寸法を変更することなく容易に当該構造を適用することができる。また、パーティクルの発生抑制にはいずれか一方側をＰＦＡとしても効果的である。そこで、より簡易な構造として採用される。

発明者は、２種類の流体制御弁（試作例１及び試作例２）を作製し、実際に被制御流体を流通し、流体制御弁を駆動した後、着座部分の表面を観察した。試作例１及び試作例２の流体制御弁は、ともに図１の部材構造として形成した。

試作例１は弁室ボディ部全体をＰＦＡのブロックから切削して形成した。また、弁部を含むダイヤフラム部もＰＦＡのブロックから切削して形成した。その他の流体制御弁を構成する部材はＰＴＦＥにより形成した。試作例１は本発明の流量制御弁に相当する。試作例２は弁室ボディ部全体をＰＴＦＥのブロックから切削して形成した。また、弁部を含むダイヤフラム部もＰＴＦＥのブロックから切削して形成した。その他の流体制御弁を構成する部材はＰＴＦＥにより形成した。試作例２は既存の流量制御弁に相当する。

試作例１及び試作例２において、双方とも弁座部を平坦面としシール部に突状環部を形成した。図５に開示の構造が参照される。実施例における両試作例の作製では、環状弁座部及び環状シール部を設けることなく、弁室ボディ部及び弁体自体を比較対象となる樹脂により形成した。試作例１及び試作例２の流体制御弁において、弁部が着座してシールする弁座の直径（開口径）を６ｍｍ、弁体の最大直径を９．５ｍｍとした。突状環部の最大高さは０．８ｍｍとした。付勢ばねは、ばね荷重５５Ｎのつるまきばねとした。流通させる被制御流体を水とし、その流体圧力を２００ｋＰａ、空気を作動エアとしてエアポートから供給した。

試作例１及び試作例２の流体制御弁のそれぞれに対し、作動エアを供給圧力４５０ｋＰａで供給して進退部（ピストン頭部）を後退位置に押し上げ、弁機構部の弁部を弁座部から離座し、この流体制御弁に被制御流体を流通した。次に、作動エアの供給を停止して供給圧力を４５０ｋＰａから０ｋＰａに減少させて弁機構部の弁部を弁座部に着座した。当該弁機構部の進退動作（離座と着座）を１００００回繰り返した。

試作例１及び試作例２の両流体制御弁の進退動作の後、分解して弁室ボディ部を取り出した。そして、弁部との着座を繰り返した弁座部を走査型電子顕微鏡により５００００倍に拡大し、表面の状態を観察した。図８は試作例１の弁座部の写真であり、図９は試作例２の弁座部の写真である。図８から把握されるように、ＰＦＡから形成した試作例１の弁座部の表面は比較的平滑である。これに対してＰＴＦＥから形成した試作例２の弁座部の表面には繊維状や粒状の凹凸が存在する。原料となる樹脂の相違から繊維状構造が露出しやすくなったと考えられる。また、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して試作例１及び試作例２の弁座部表面を計測したところ、試作例１の算術表面粗さ（Ｒａ）は０．０４であり、試作例２の算術表面粗さ（Ｒａ）は０．０７であった。

この結果、ＰＦＡを使用した部材の方がＰＴＦＥの部材よりも平滑性が高く（より凹凸が少なく）、また、表面に露出する微小成分も少ない。従って、ＰＦＡを着座部分の部材に使用することは、相対的にパーティクルの抑制に効果的であると考える。

本発明の流体制御弁の弁座部シール構造において、当該部位に使用する樹脂種を改善することにより、パーティクルの発生抑制に有効に作用する。その結果、総じて被制御流体の清浄度向上に貢献する。

１０ 流体制御弁
１１ 弁室ボディ部
１２ ハウジングボディ部
１３ 中間ボディ部
２０ 弁室
２１ 流入部
２２ 流出部
２３ 弁座部
２５ 弁座開口部
３０ 弁機構部
３１ 弁部
３３ シール部
４０ ダイヤフラム部
４１ 可動膜部
５０ 付勢ばね
５１ ピストン頭部
５２ ピストン軸部
７０ 環状弁座部
７１，８４，８８ 突状環部
８０ 環状シール部
７３，７５，７７，８２，８６ 平坦面
９１ 第１エアポート
９２ 第２エアポート
Ｓｖ１，Ｓｖ２，Ｓｖ３，Ｓｖ４ 弁座部シール構造

Claims (7)

1. 被制御流体の流入部と、前記被制御流体の流出部と、前記流入部と前記流出部の間に弁座部を形成した弁室を有する弁室ボディ部と、
   前記弁座部を進退自在にシールするシール部を有する弁部と、前記シール部側と逆側に形成され前記弁室内に装着されたダイヤフラム部とを備える弁機構部と、
   前記弁機構部を進退させることにより前記弁座の開閉を制御する進退部とを備え、
   前記弁座部及び前記シール部にフッ素樹脂を使用するとともに、前記弁座部にＰＦＡを使用し、
   前記弁座部及び前記シール部におけるＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に準拠して測定した算術表面粗さ（Ｒａ）が０．１以下を満たす
   ことを特徴とする流体制御弁の弁座部シール構造。
2. 前記弁座部を環状弁座部として前記弁室ボディ部に装着してなる請求項１に記載の流体制御弁の弁座部シール構造。
3. 前記弁座部を環状弁座部として前記弁室ボディ部に装着するとともに、前記シール部を環状シール部として前記弁部に装着してなる請求項１に記載の流体制御弁の弁座部シール構造。
4. 前記環状弁座部及び前記環状シール部の両方がＰＦＡにより形成される請求項３に記載の流体制御弁の弁座部シール構造。
5. 前記弁座部及び前記シール部はともに平坦面である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体制御弁の弁座部シール構造。
6. 前記弁座部側に突状環部が形成され、前記シール部側が平坦面である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体制御弁の弁座部シール構造。
7. 前記弁座部側が平坦面であり、前記シール部側に突状環部が形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の流体制御弁の弁座部シール構造。

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