JP2017089837A - ダイヤフラムバルブおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブシートがバルブボディへより確実に固定されたダイヤフラムバルブおよびその製造方法を提供する。【解決手段】バルブボディ１０は、ダイヤフラム８０をバルブシート７０に対して当接離隔可能に支持し、シート装着溝３０の対向する２つの側壁面３１，３２の一方の側壁面３１の少なくとも一部を画定するとともにシート装着溝３０側へ向けた塑性変形によりバルブシート７０をシート装着溝３０に固定するかしめ部１５と、シート装着溝３０の他方の側壁面３２の側に周方向に延在する凹部３５と、を有し、凹部３５は、かしめ部１５の塑性変形により、他方の側壁面３２側に向けて変形したバルブシート７０の変形部７５ａを受容してバルブシート７０がシート装着溝３０から脱落するのを防ぐように作用する。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイヤフラムバルブおよびダイヤフラムバルブの製造方法に関する。

半導体製造プロセス、フラットパネルディスプレイの製造プロセス、ソーラーパネルの製造プロセス等において、各種処理ガスの流れを制御するための流体制御機器の一つとして、ダイヤフラムバルブが知られている。ダイヤフラムバルブは、バルブボディのシート装着溝にバルブシートを装着し、ダイヤフラムをこのバルブシートに対して当接離隔可能にバルブボディに設けることで、流路を開閉可能とする（たとえば、特許文献１−３等参照）。

実開平０５−０９４５８４号公報 特開平０６−２６５０３５号公報 特開平０７−００４５４２号公報

上記したようなダイヤフラムバルブでは、シート装着溝の対向する２つの側壁の一方に設けられたバルブボディの一部であるかしめ部を塑性変形させてバルブシートをバルブボディに固定している。
しかしながら、この固定方法では、バルブボディへのバルブシートの固定力が十分でない場合があることが判明した。たとえば、製造工程やメンテナンス工程等でバルブシートをパージガスでパージした際に、バルブシートがパージガスの圧力でシート装着溝から外れる可能性があった。
また、上記のように固定方法では、かしめ部の押圧によりバルブシートに残留する応力を利用してバルブボディに固定するので、ダイヤフラムバルブの加熱や時間の経過により応力が緩和され、バルブシートの固定力が低下する可能性がある。
加えて、半導体製造プロセス等のプロセス環境において、ダイヤフラムバルブが加熱されると、バルブシートが膨張してダイヤフラムと接触する接触部の高さが変動する可能性がある。さらに、バルブシートがその形成材料のガラス転移点を超える温度に加熱されると、膨張したバルブシートは永久変形を起こす可能がある。バルブシートの変形は、バルブ性能に重大な影響を及ぼす。

本発明の目的の一つは、バルブシートがバルブボディへより確実に固定されたダイヤフラムバルブおよびその製造方法を提供することである。

本発明のダイヤフラムバルブは、環状のバルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディ、を有し、
前記バルブボディは、前記流体流路の一部を画定する弁体としてのダイヤフラムを前記バルブシートに対して当接離隔可能に支持し、
前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する２つの側壁面の一方の側壁面の少なくとも一部を画定するとともに当該シート装着溝側へ向けた塑性変形によりバルブシートをシート装着溝に固定するかしめ部と、
前記シート装着溝の他方の側壁面の側に周方向に延在する凹部と、を有し、
前記凹部は、前記かしめ部の塑性変形により、前記他方の側壁面側に向けて変形した前記バルブシートの一部を受容して前記バルブシートが前記シート装着溝から脱落するのを防ぐように作用する、ことを特徴とする。

本発明のダイヤフラムバルブの製造方法は、環状のバルブシートと、前記バルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記流体流路の一部を画定するとともに、前記バルブシートに対して当接離隔可能に前記バルブボディに支持されて前記流体流路を開閉可能なダイヤフラムと、を有するダイヤフラムバルブの製造方法であって、前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する２つの側壁面の一方の側壁面の少なくとも一部を画定するとともに当該シート装着溝側へ向けた塑性変形によりバルブシートをシート装着溝に固定するかしめ部と、前記シート装着溝の他方の側壁面の側に周方向に延在する凹部と、を有し、前記かしめ部を変形させる前に、前記シート装着溝に前記バルブシートを挿入し、次いで、前記かしめ部を前記シート装着溝側へ向けて塑性変形させ、前記バルブシートを前記シート装着溝に固定しつつ変形した前記バルブシートの前記他方の側壁面の側の一部を前記凹部に受容させる、ことを特徴とする。

本発明では、バルブボディのシート装着溝に挿入したバルブシートをかしめ部の塑性変形による力を利用してバルブボディに固定することに加えて、シート装着溝のかしめ部とは反対側にあらかじめ形成した凹部に、塑性変形による力により変形するバルブシートの一部を入り込ませる。これにより、シート装着溝からバルブシートを脱落させようとする力に対して、凹部に入り込んだバルブシートの一部が抵抗となり、バルブシートをシート装着溝へより確実に固定することができる。

本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブの一部に破断部を有する外観図。 図１の円Ａ内の拡大断面図。 本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 図３Ａに続く工程を示す断面図。 図３Ｂに続く工程を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図４のダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 図５Ａに続く工程を示す断面図。 図５Ｂに続く工程を示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図６のダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 本発明の第４の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図８のダイヤフラムバルブの変形前のバルブボディの構造を示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図１０のダイヤフラムバルブの変形前のバルブボディの構造を示す断面図。 本発明の第６の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

第１実施形態
図１〜図３Ｃを参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブの外観図である。なお、図１は本実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の構造を示すため一部破断部を有する。また、図２は、図１の破断部の円Ａ内の拡大断面図である。図３Ａ〜図３Ｃは、本実施形態に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を説明するための図である。
ダイヤフラムバルブ１は、金属製のバルブボディ１０を有し、図１に示すように、バルブボディ１０はガス等の流体の流路１１，１２,１３を画定している。流路１１は継手部２１に形成された図示しない流路と連通し、流路１２は継手部２２に形成された図示しない流路と連通している。流路１１と流路１２とを連通させる流路１３は、バルブボディ１０と後述するダイヤフラム８０により画定されている。バルブボディ１０の流路１１の周囲には、環状のシート装着溝３０が形成され、このシート装着溝３０に環状のバルブシート７０が装着されている。バルブシート７０は、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の樹脂で弾性変形可能に形成されている。なお、シート装着溝３０およびバルブシート７０の構造については後で詳述する。

弁体としてのダイヤフラム８０は、バルブシート７０に対して当接離隔可能にバルブボディ１０に支持されている。
ダイヤフラム８０は図１，２に示すように、バルブシート７０よりも大きな直径を有し、ステンレス、ＮｉＣｏ系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。ダイヤフラム８０は、押えアダプタ９０を介してバルブヘッド１００の図示しない下端面によりバルブボディ１０に向けて押し付けられることによりバルブボディ１０に固定されている。
図１，２においては、ダイヤフラム８０はダイヤフラム押え１１０により押圧されて弾性変形し、バルブシート７０に押し付けられている状態にある。ダイヤフラム押え１１０による押圧を開放すると、球殻状に復元する。ダイヤフラム８０がバルブシート７０に押し付けられている状態では、流体流路１３が閉鎖され、ダイヤフラムバルブ１は閉じた状態になり、ダイヤフラム８０がバルブシート７０から離れると、流体流路１３は開放されダイヤフラムバルブ１は開いた状態となる。

ダイヤフラム押え１１０は、バルブヘッド１００に内蔵された図示しない駆動機構により操作される。駆動機構は、エア等の操作流体ＦＬにより作動する。なお、ダイヤフラム押え１１０を駆動する駆動機構については、周知であるので詳細説明は省略する。

図２に示すように、シート装着溝３０はバルブボディ１０の中心軸線Ｃｔを中心とする環状に形成され、平坦状の底面３３と、この底面３３から上方に延びる対向する内周壁面３１および外周壁面３２とを有する。内周壁面３１の一部は、シート装着溝３０側に向けて塑性変形された円筒状のかしめ部１５の上側部分により画定されている。かしめ部１５の変形によって、バルブシート７０はシート装着溝３０に固定されている。
ここで、図３Ａは、かしめ部１５を変形させる前の状態を示している。内周壁面３１は底面３３に対して略垂直な方向に延びており、内周壁面３１の開口側端部と外周壁面３２の開口側端部とは略同じ高さにある。シート装着溝３０の開口の幅Ｗ１は、内周壁面３１と外周壁面３２の基準面３２ｂとの距離であり、基準面３２ｂはバルブシート７０の中心軸線Ｃｔを中心とする径方向の位置を規定する。
外周壁面３２は、最小半径に位置する基準面３２ｂの位置から底面３３に向かって末広がりに形成され、半径が徐々に拡大している。これにより、外周壁面３２と底面３３との間には、基準面３２ｂより外側に窪む周方向に延びる凹部３５が形成される。

かしめ部１５を変形させる前に、図３Ｂに示すように、環状のバルブシート７０をシート装着溝３０に挿入する。
バルブシート７０の半径方向の断面は、略矩形状であり、平坦状の底面７１と底面７１から垂直な方向に起立する内周面７２および外周面７３と、底面７１と略平行な平坦状の上面７４とを有する。内周面７２と外周面７３との間の距離であるバルブシート７０の幅Ｗ２はシート装着溝３０との開口の幅Ｗ１に適合しており、バルブシート７０をシート装着溝３０に挿入した際、バルブシート７０とシート装着溝３０とは干渉せず、バルブシート７０は本来の形状が維持され変形しない。
図３Ｂに示す状態では、シート装着溝３０に形成された凹部３５の存在により、シート装着溝３０とバルブシート７０との間には周方向に延びる空隙ＳＰが形成される。

図３Ｂに示す状態から、かしめ部１５をシート装着溝３０に向けて塑性変形させると、図３Ｃに示すように、かしめ部１５側の内周壁面３１がバルブシート７０の内周面７２に食い込み、バルブシート７０は基準面３２ｂと傾斜した内周壁面３１とにより挟持される。これにより、バルブシート７０はシート装着溝３０に固定される。これと同時に、かしめ部１５の塑性変形により、外側壁面３２側に向けて変形したバルブシート７０の変形部７５aは、凹部３５に充填される。すなわち、凹部３５は、バルブシート７０の変形部７５ａを受容する。この結果、シート装着溝３０からバルブシート７０を脱落させようとする力に対して、基準面３２ｂと傾斜した内周壁面３１との間で作用する固定力に加えて、凹部３５に入り込んだバルブシート７０の変形部７５ａが抵抗となり、バルブシート７０をシート装着溝３０へより確実に固定することができる。

第２実施形態
図４〜図５Ｃを用いて第２の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図４は、第２実施形態に係るバルブの要部の拡大断面図である。図５Ａ〜図５Ｃは、図４に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を説明するための図である。
本実施形態では、第１実施形態と比較して、図５Ａに示すように、バルブボディ１０Ａのかしめ部１５Ａの位置を距離ｄだけ低くしている。
バルブシート７０の一部である変形部７５ａを受容する凹部３５は、外周壁面３２と底面３３との間に形成されているので、図５Ｂに示すように、凹部３５とバルブシート７０との間の空隙ＳＰは、底面３３にいくほど拡がっている。この空隙ＳＰの形成される高さに対応づけてかしめ部１５Ａの位置を下げることにより、図５Ｃに示すように、バルブシート７０の底面７１に近い領域の変形量を大きくすることができ、バルブシート７０の変形部７５ａを凹部３５に効果的に充填することができる。

第３実施形態
図６，７を用いて第３の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図６は、第３実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図である。図７は、図６のダイヤフラムバルブのかしめ部を変形させる前のバルブボディの要部の構造を示す断面図である。
本実施形態に係るバルブボディ１０Ｂは、シート装着溝３０Ｂの外周壁面３２Ｂに段差部３５ｓを設け、凹部３５Ｂの断面形状を矩形状にしている。
図６に示すように、凹部３５Ｂにバルブシート７０Ｂの変形部７５ａが入り込むと、段差部３５ｓにより形成される環状のエッジが抵抗となり、バルブシート７０をシート装着溝３０Ｂへより確実に固定することができる。

第４実施形態
図８，９を用いて第４の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図８は、第４実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図である。図９は、図８のダイヤフラムバルブのかしめ部を変形させる前のバルブボディの要部の構造を示す断面図である。
本実施形態に係るバルブボディ１０Ｃは、シート装着溝３０Ｃの外周壁面３２Ｃの中途に周方向に延びる凹状に湾曲した凹部３５Ｃを備える。
このように、外周壁面３２の中途に形成することで、凹部３５Ｃの加工が容易となる。

第５実施形態
図１０，１１を用いて第５の実施形態について説明する。なお、第１および第２の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図１０は、第５実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図である。図１１は、図１０のダイヤフラムバルブのかしめ部を変形させる前のバルブボディの要部の構造を示す断面図である。
本実施形態に係るバルブボディ１０Ｄは、図１１に示すように、かしめ部１５Ｄの根元部分とシート装着溝３０Ｄの底面３３との間に凹状の溝１６を周方向に形成している。
溝１６は、図１０に示すように、かしめ部１５Ｄを根元部分から塑性変形しやすくして、バルブシート７０の変形量をより大きく確保し、凹部３５に変形したバルブシート７０の変形部７５ａを確実に充填するために設けてある。なお、溝１６にバルブシート７０の内周側の下端部の変形部７５ｂが入り込むことで、かしめ部１５Ｄの変形を容易にするとともに、バルブシート７０の変形量を大きくすることができる。

第６実施形態
図１２を用いて第６の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。
原子層堆積法（ＡＬＤ）等のプロセスに用いられるダイヤフラムバルブには、より高精密な性能が要求されている。
しかししながら、プロセス環境によっては、ダイヤフラムバルブが、バルブシート７０のガラス転移点を超える温度まで加熱されることがあり、そのような温度に加熱されると、バルブシート７０の熱膨張量が増大する。シート装着溝にその凹部を含めてバルブシート７０が充填されていると、バルブシート７０の熱膨張により、ダイヤフラム８０と接触する接触部である上面７４の高さが変動し、要求される性能を充足できない可能性がある。
そこで、本実施形態では、図１２に示すように、バルブボディ１０Ｅに形成されたシート装着溝３０Ｅの凹部３５Ｅは、第１実施形態の凹部３５と比べて、外周側により大きく入り込むように形成されている。これにより、図１２に示すように、かしめ部１５Ａを塑性変形させてバルブシート７０のバルブボディ１０Ｅへの固定を完了させた状態で、凹部３５Ｅはバルブシート７０の変形部７１ｃを受容するが、凹部３５Ｅとバルブシート７０の変形部７１ｃとの間には、空隙Ｇｐが形成される。
このように、凹部３５Ｅとバルブシート７０の変形部７１ｃとの間に空隙Ｇｐを確保することで、バルブシート７０が熱膨張した際に、空隙Ｇｐに熱膨張による変形分を受け入れることができ、結果として、ダイヤフラム８０と接触する接触部であるバルブシート７０の上面７４の高さの変動を抑制できる。

上記した各実施形態では、かしめ部を内周壁面側に設けた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるわけではなく、外周壁面側に設けてもよい。また、両方の壁面にかしめ部を設け、それぞれ対応する凹部を形成することも可能である。

上記した各実施形態では、外周壁面側に単一の凹部を形成した場合について説明したが、周方向に延びる凹部を複数形成することも可能である。

上記した各実施形態では、バルブシートの断面形状が矩形状の場合について説明したが、本発明はこれ以外の形状のバルブシートにも適用可能である。

上記した各実施形態に係るダイヤフラムバルブは、半導体製造プロセス、フラットパネルディスプレイの製造プロセス、ソーラーパネルの製造プロセス等の各種製造プロセスにおいて流体を制御する流体制御機器として使用される。

１ ダイヤフラムバルブ
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ バルブボディ
１１，１２，１３ 流体流路
１５ かしめ部
１６ 溝
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ シート装着溝
３１ 内周壁面
３２ 外周壁面
３３ 底面
３５ 凹部
７０ バルブシート
７１ 底面
７２ 内周面
７３ 外周面
７４ 上面
７５ａ，７５ｂ 変形部
８０ ダイヤフラム
９０ 押えアダプタ
１００ バルブヘッド
１１０ ダイヤフラム押え
Ｃｔ 中心軸線

Claims (14)

1. 環状のバルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディ、を有し、
   前記バルブボディは、前記流体流路の一部を画定する弁体としてのダイヤフラムを前記バルブシートに対して当接離隔可能に支持し、
   前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する２つの側壁面の一方の側壁面の少なくとも一部を画定するとともに当該シート装着溝側へ向けた塑性変形によりバルブシートをシート装着溝に固定するかしめ部と、
   前記シート装着溝の他方の側壁面の側に周方向に延在する凹部と、を有し、
   前記凹部は、前記かしめ部の塑性変形により、前記他方の側壁面側に向けて変形した前記バルブシートの一部を受容して前記バルブシートが前記シート装着溝から脱落するのを防ぐように作用する、ことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
2. 前記シート装着溝の他方の側壁面は、当該シート装着溝に挿入される前記バルブシートの前記バルブボディに対する位置を規定する基準面を有し、
   前記凹部は、前記基準面に対して前記シート装着溝の底面側に位置するように形成されている、ことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
3. 前記環状のバルブシートは、変形前の状態において、平坦状の底面と、当該底面から垂直に起立する内周面および外周面を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
4. 前記凹部は、前記シート装着溝の他方の側壁面と底面とによって画定されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
5. 前記かしめ部の先端部は、当該かしめ部の変形前において、前記シート装着溝の他方の側壁面の開口端部よりも、前記シート装着溝の底面側に位置している、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
6. 前記シート装着溝は、前記かしめ部の変形前の状態において、当該シート装着溝に挿入される前記バルブシートと干渉しない幅に形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
7. 前記かしめ部は、前記シート装着溝の底面まで延びており、
   前記かしめ部の根元部と前記シート装着溝の底面との間には、周方向に溝部が形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
8. 前記かしめ部は、前記一方の側壁面の側にのみ形成され、前記他方の側壁面の側には形成されていない、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
9. 前記かしめ部が塑性変形した状態で、前記バルブシートの変形部を受容する前記凹部と当該変形部との間には、空隙が形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
10. 環状のバルブシートと、前記バルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記流体流路の一部を画定するとともに、前記バルブシートに対して当接離隔可能に前記バルブボディに支持されて前記流体流路を開閉可能なダイヤフラムと、を有するダイヤフラムバルブの製造方法であって、
    前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する２つの側壁面の一方の側壁面の少なくとも一部を画定するとともに当該シート装着溝側へ向けた塑性変形によりバルブシートをシート装着溝に固定するかしめ部と、
    前記シート装着溝の他方の側壁面の側に周方向に延在する凹部と、を有し、
    前記かしめ部を変形させる前に、前記シート装着溝に前記バルブシートを挿入し、
    次いで、前記かしめ部を前記シート装着溝側へ向けて塑性変形させ、前記バルブシートを前記シート装着溝に固定しつつ変形した前記バルブシートの前記他方の側壁面の側の一部を前記凹部に受容させる、ことを特徴とするダイヤフラムバルブの製造方法。
11. 前記シート装着溝に前記バルブシートを挿入する際に、当該バルブシートを変形させずに挿入する、ことを特徴とする請求項１０に記載のダイヤフラムバルブの製造方法。
12. 前記シート装着溝の他方の側壁面は、当該シート装着溝に挿入される前記バルブシートの前記バルブボディに対する位置を規定する基準面を有し、
    前記凹部は、前記基準面に対して前記シート装着溝の底面側に位置するように形成されている、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載のダイヤフラムバルブの製造方法。
13. 前記かしめ部を前記シート装着溝側へ向けて塑性変形させた際に、前記バルブシートの変形部を受容する前記凹部と当該変形部との間に空隙を形成する、ことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のダイヤフラムバルブの製造方法。
    
14. 半導体製造プロセスにおいて使用される流体を制御する流体制御機器として、請求項１〜９のいずれかに記載のダイヤフラムバルブを用いることを特徴とする半導体製造方法。
    
    

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