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