JP2019178757A - Diaphragm flow control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば半導体製造装置などに使用されるダイヤフラム式流量制御弁に関するものである。 The present invention relates to a diaphragm type flow control valve used in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus.
微少な流量を精度良く制御するために、引用文献1のようなダイヤフラム式の流量制御弁がよく使用されている。この流量制御弁においては、ニードルを有するダイヤフラム弁は別体で造られるが、オリフィスはボディの一部に一体に設けられている。
In order to control a minute flow rate with high accuracy, a diaphragm type flow rate control valve as disclosed in the cited
このような流量制御弁においては、水などの通常の流体を対象とする場合には、熱可塑性樹脂を素材に用いれば、射出成型により製造することによって安価に製品化できる。 In such a flow control valve, when a normal fluid such as water is used as a target, if a thermoplastic resin is used as a material, it can be manufactured at low cost by being manufactured by injection molding.
半導体製造ラインなどにおいては、強酸類や高温流体を使用することが多く、流量制御弁には耐薬品性などの性能が要求されるため、素材にはフッ素樹脂が使用されている。例えば、PFA(Tetrafluoroethylene Perflouroalkoxy vinyl ether copolymer)などの熱可塑性フッ素樹脂を素材に用いれば、射出成型により製造することができる。 In semiconductor production lines and the like, strong acids and high-temperature fluids are often used, and flow control valves are required to have chemical resistance and other performance, so fluororesin is used as a material. For example, if a thermoplastic fluororesin such as PFA (Tetrafluoroethylene Perflouroalkoxy vinyl ether copolymer) is used as the material, it can be produced by injection molding.
しかし、制御対象である流体として、例えば150℃を越える硫酸等の高温流体を対象とすると、熱可塑性フッ素樹脂はこの高温流体により軟化し易く、特に弁部付近の所定の寸法精度が維持できなくなり、良好な制御動作が期待できない。 However, if the fluid to be controlled is a high-temperature fluid such as sulfuric acid exceeding 150 ° C., for example, the thermoplastic fluororesin is easily softened by this high-temperature fluid, and in particular, the predetermined dimensional accuracy near the valve portion cannot be maintained. A good control action cannot be expected.
従って、高温流体による変形を防止し、精度良く制御するためには、要部のダイヤフラム弁やボディには、PTFE(Polytetrafluoroethylene)や変性PTFEなどの耐熱性を有する非溶融性フッ素樹脂を使用することが必要とされる。しかし、この非溶融性フッ素樹脂は射出成型などの熱成型が困難なことから、切削加工により製造するので手間を要し、高価となる。 Therefore, in order to prevent deformation due to high-temperature fluid and control it accurately, use non-melting fluororesin with heat resistance such as PTFE (Polytetrafluoroethylene) or modified PTFE for the diaphragm valve and body of the main part. Is needed. However, since this non-melting fluororesin is difficult to be thermoformed such as injection molding, it is laborious and expensive because it is manufactured by cutting.
本発明の目的は、上述の課題を解消し、熱成型した樹脂製のハウジングに、耐熱性樹脂により製作したオリフィス部を固定し、同じ耐熱性樹脂により製作したダイヤフラム部と共働させることで、高温流体であってもオリフィス部が変形することがなく、良好な制御を可能とするダイヤフラム式流量制御弁を提供することにある。 The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems, by fixing an orifice part made of a heat-resistant resin to a thermoformed resin housing and cooperating with a diaphragm part made of the same heat-resistant resin, An object of the present invention is to provide a diaphragm type flow rate control valve that allows good control without deformation of the orifice portion even in the case of high-temperature fluid.
上述の目的を達成するための本発明に係るダイヤフラム式流量制御弁は、一対の管体を接続可能であるハウジングと、該ハウジングに固定された円筒状のオリフィス部と、該オリフィス部内に挿入する弁体を備え、前記ハウジングに固定されたダイヤフラム部とから成り、制御対象である流体は一方の前記管体から前記オリフィス部、前記弁体を介して他方の前記管体に至るダイヤフラム式流量制御弁であって、前記ハウジングは熱成型した樹脂から成り、前記オリフィス部及び前記ダイヤフラム部は耐熱性樹脂から成ることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a diaphragm type flow control valve according to the present invention includes a housing to which a pair of pipes can be connected, a cylindrical orifice portion fixed to the housing, and inserted into the orifice portion. A diaphragm-type flow rate control comprising a diaphragm portion provided with a valve body and fixed to the housing, and a fluid to be controlled extending from one of the tube bodies to the other tubular body through the orifice portion and the valve body The valve is characterized in that the housing is made of thermoformed resin, and the orifice part and the diaphragm part are made of heat-resistant resin.
本発明に係るダイヤフラム式流量制御弁によれば、ハウジングを熱可塑性フッ素樹脂により製作し、非溶融性フッ素樹脂により別体として製作したオリフィス部をハウジングに固定しているので、ハウジングの熱成型による製造が可能となり、価格的に安価で、高温流体に対しても精度の良い制御が可能となる。 According to the diaphragm type flow control valve according to the present invention, the housing is made of thermoplastic fluororesin, and the orifice part made separately from non-melting fluororesin is fixed to the housing. Manufacture is possible, the price is low, and high-precision fluid control is possible.
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1はダイヤフラム式流量制御弁の斜視図、図2は断面図、図3は分解斜視図である。
The present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
1 is a perspective view of a diaphragm type flow control valve, FIG. 2 is a sectional view, and FIG. 3 is an exploded perspective view.
実施例においては、ダイヤフラム式流量制御弁10は駆動部20上に載置されている。流量制御弁10は上下に重なり合う上ハウジング1、下ハウジング2により囲まれ、上下ハウジング1、2はPFAなどの熱可塑性フッ素樹脂によりそれぞれ射出成型などの熱成型により形成されている。
In the embodiment, the diaphragm
熱成型した樹脂製の上下ハウジング1、2間には、弁部が配置され、上ハウジング1、下ハウジング2の周囲にはそれぞれフランジ1a、2aが設けられ、フランジ1a、2aには複数個ずつの挿通孔1b、2bが設けられている。更に、挿通孔1b、2bにはPEEKなどのエンプラ樹脂やSUSから成る複数本のボルト3が挿通されて、上下ハウジング1、2同士が連結するようにされている。
A valve portion is disposed between the upper and
上ハウジング1の上部には、水平方向に、流入管1c、流出管1dの管体が一体に成型されており、下部には空室1eが形成されている。流出管1dと空室1eとの間には、後述するオリフィス部4を取り付けるための円孔部1fが設けられており、空室1eと流入管1cとは通路1gによって連通されている。また、フランジ1aの内側には円環状の凹部1hが形成されている。
In the upper part of the
なお、流入管1c、流出管1dは必ずしも上ハウジング1に設けなくとも、流体の上ハウジング1への流出を可能とする出入口を上ハウジング1に形成しておき、使用時にこの出入口に別体の管体を接続するようにしてもよい。
Although the
オリフィス部4は例えばPTFE、変性PTFEなどの耐熱性を有する非溶融性フッ素樹脂のブロック体を素材として円筒状に切削加工して形成されており、流体が通過する例えば内径2mmの円筒体4aの下部に、厚みが例えば0.3mmの円環状のフランジ4bが外側に向けて張り出されている。
The
このオリフィス部4のフランジ4bは、上ハウジング1の円孔部1fの下端面にレーザー光により溶着されている。つまり、オリフィス部4の円筒体4aを円孔部1f内に挿入し、フランジ4b側からレーザー光を照射すると、上ハウジング1が軟化してフランジ4bが上ハウジング1に溶着される。これにより、流出管1dと空室1eの間はオリフィス部4を介して連通される。
The
一方、略円盤状の下ハウジング2の中央には、後述するダイヤフラム部5の軸部が挿通可能な円孔部2cが設けられ、下ハウジング2の上面には円環状の台座2dが形成されている。
On the other hand, a
上ハウジング1の下部には、オリフィス部4と同様のPTFEなどの耐熱性を有する非溶融性フッ素樹脂から成り、研削により形成された別体のダイヤフラム部5が固定されている。ダイヤフラム部5の中央部には軸部5aが設けられ、軸部5a上にオリフィス部4の円筒体4aに挿入されるニードル状つまり円錐状の弁体5bが上方に向けて突出されている。軸部5aの周囲には、例えば厚さ0.3mmのダイヤフラム膜5cが形成され、このダイヤフラム膜5cの周囲には厚さ0.5mm程度の円環状のフランジ5dが形成されている。また、軸部5aの下部には、駆動部20の駆動軸が連結する連結部5eが設けられている。
A
ダイヤフラム部5のフランジ5dを上ハウジング1の凹部1h内に嵌入し、フランジ5d側からレーザー光を照射すると、上ハウジング1が軟化してフランジ5dが上ハウジング1に溶着される。
When the
ダイヤフラム部5のフランジ5dが上ハウジング1に溶着されることによって、上ハウジング1の空室1eは下側から密封されることになる。これにより、流入管1cから流入する流体は、通路1gを経て空室1eに至り、更にオリフィス部4を通って流出管1dに至ることになる。
When the
ダイヤフラム部5を上ハウジング1に接着し、ダイヤフラム部5の軸部5aに上下方向の力を加えると、軸部5aはダイヤフラム膜5cに支えられて上下動可能となり、弁部5bが上下動することになる。
When the
駆動部20の筐体21の上部には、流量制御弁10を固定するための取付部22が設けられている。筐体21内には駆動手段、例えばステッピングモータ23が内蔵され、ステッピングモータ23の回転軸に連結された駆動軸24が上方に向けて突出されている。駆動軸24の先端には、ダイヤフラム部5の連結部5eに連結するための連結具25が取り付けられている。また、取付部22にはボルト3がねじ込まれる複数個のねじ孔26が設けられている。
An
オリフィス部4のフランジ4b、ダイヤフラム部5のフランジ5dの上ハウジング1への上述の接着は、フランジ4b、フランジ5dを上ハウジング1に押圧しながら、例えば炭酸ガスレーザー光源から発生した加熱用レーザー光を円環状に、必要であれば複数回走査して照射する。
The above-mentioned adhesion to the
加熱用レーザー光の照射により、熱可塑性フッ素樹脂から成る上ハウジング1は、例えば320℃程度以上に加熱されると溶融が始まり、オリフィス部4、ダイヤフラム部5のフランジ4b、5dは上ハウジング1に円環状に接着される。レーザー光の走査はレーザー光源を回転させても、或いは上ハウジング1を固定した治具を回転させてもよく、相対的な走査が可能であればよい。
When the
なお、オリフィス部4のフランジ4b、ダイヤフラム部5のフランジ5dの上ハウジング1への接着は、レーザー光によるのではなく、超音波溶接によっても良い。
The
上ハウジング1を下ハウジング2上に重ねてフランジ1a、2aの挿通孔1b、2bにボルト3を挿通し締め付けると、ボルト3が駆動部20の取付部22のねじ孔26に螺合することにより、上ハウジング1、下ハウジング2は取付部22に固定される。このとき、下ハウジング2の台座2dがダイヤフラム部5のフランジ5dに円環状に接するので、ダイヤフラム部5のフランジ5dは上ハウジング1と下ハウジング2により挟着され、接着がより確実となる。
When the
この過程において、ステッピングモータ23の駆動軸24をダイヤフラム部5の連結部5eに連結具25を介して連結する。ステッピングモータ23の回転により駆動軸24を上下動すると、ダイヤフラム部5の軸部5aがダイヤフラム膜5cを変形させながら上下に移動する。これにより、オリフィス部4の円筒体4aに挿入されている円錐状の弁体5bのオリフィス部4に対する上下位置が調整され、円筒体4a内の流体通路断面積が変化して流体流量が制御される。また、軸部5aを上昇させて弁体5bを円筒体4a内に十分に挿入すれば、流体はオリフィス部4と弁体5bから成る弁部により遮断されることになる。
In this process, the
実際の使用に際しては、ハウジング1の流入管1c、流出管1dには、それぞれ例えばPFAなどから成る一対の管体を熱溶着等により接続して使用する。
In actual use, a pair of pipes made of, for example, PFA is connected to the
また、弁特性が異なる流量制御弁10を製造する場合においても、寸法、形状が異なるオリフィス部4の製作により、射出成型などの熱成型により容易に製作可能な上ハウジング1に組み付ければ済むので、コストが安価となり、製造も容易となる。
Further, when the
また、オリフィス部4の下ハウジング1への固定は、下ハウジング1の射出成型に際して、予め研削してあるオリフィス部4を囲むように、下ハウジング1を熱可塑性フッ素樹脂により成型することもできる。
Further, the
このように、ダイヤフラム式流量制御弁の弁部付近に相当するオリフィス部4及びダイヤフラム部5にのみ耐熱性樹脂を用い、それ以外の部分を熱成型した樹脂を用いることで、高温流体による弁部付近の変形を防止している。このため、精度良く高温流体流量を制御することができると共に、安価にダイヤフラム式流量制御弁を製造することが可能となる。
Thus, by using a heat-resistant resin only for the
なお実施例では、説明の都合上、図面に従って上下方向、水平方向を説明したが、実際の製品の上下方向、水平方向とは異なる場合がある。 In the embodiment, for convenience of explanation, the vertical direction and the horizontal direction have been described according to the drawings. However, the actual product may be different from the vertical direction and the horizontal direction.
10 流量制御弁
1 上ハウジング
1a、2a、4b、5d フランジ
1c 流入管
1d 流出管
1e 空室
1g 通路
2 下ハウジング
3 ボルト
4 オリフィス部
4a 円筒体
5 ダイヤフラム部
5a 軸部
5b 弁体
5c ダイヤフラム膜
5e 連結部
20 駆動部
23 ステッピングモータ
24 駆動軸
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ハウジングは熱成型した樹脂から成り、前記オリフィス部及び前記ダイヤフラム部は耐熱性樹脂から成ることを特徴とするダイヤフラム式流量制御弁。 A control unit comprising a housing to which a pair of pipe bodies can be connected, a cylindrical orifice portion fixed to the housing, and a valve body inserted into the orifice portion, and fixed to the housing. The fluid is a diaphragm type flow control valve from one of the pipes to the other pipe through the orifice part and the valve body,
The diaphragm type flow control valve according to claim 1, wherein the housing is made of thermoformed resin, and the orifice part and the diaphragm part are made of heat resistant resin.
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