JP2020165476A - ダイヤフラムバルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】摩耗したバルブシートの交換が容易で、圧電アクチュエータにも対応でき、インナーリーク、外部リークの発生を防止できるダイヤフラムバルブの提供。【解決手段】ダイヤフラムバルブ1は、弁室を形成する凹部2cの底面2eにそれぞれ開口する流体流入路2a及び流体流出路2bが内部に設けられたバルブボディ2と、凹部2cの底面2eに流体流入路2aの開口部2dを囲むように配置されたガスケット3と、ガスケット3を上から押圧しつつ、周縁部が前記バルブボディ2の凹部2cの底面2eに密着して内側を密封するように配置され、上面にバルブシート4cを有する金属製のインナーディスク4と、バルブシート4cに離間・当接して流体流入路2aの開閉が可能なダイヤフラム5と、を少なくとも含み、インナーディスクのダイヤフラム配置面4eとバルブシート4cの上面の高さが同一又は実質的に同一である。【選択図】図2
Description
本発明は、ダイヤフラムバルブ、流量制御装置、流体制御装置、及び半導体製造装置に関する。
従来、半導体製造プロセスのプロセスガスの流量制御装置として、サーマル式又は圧力式流量制御装置、特にガスの種類の制約が少なくレスポンスの速い圧力式流量制御装置が広く用いられ、この流量制御バルブ等に、ダイヤフラムバルブが用いられている。
従来は、ダイヤフラムバルブにおいて、ステンレス鋼等からなるバルブボディに直接弁座(バルブシート)が形成され、このバルブシート対してダイヤフラムを離間・当接することにより、流体の流路を開閉し、流量を制御していた(例えば、特許文献1)。
しかし、バルブボディとバルブシート一体型のバルブでは、長期の使用によりバルブシートが摩耗したり、バルブシートが傷付いて流量制御ができなくなった場合は、バルブボディを一体交換せざるを得なかった。また、バルブをより大流量の仕様に改造しようとする場合も、バルブボディ全体を交換しなければならなかった。
しかし、バルブボディとバルブシート一体型のバルブでは、長期の使用によりバルブシートが摩耗したり、バルブシートが傷付いて流量制御ができなくなった場合は、バルブボディを一体交換せざるを得なかった。また、バルブをより大流量の仕様に改造しようとする場合も、バルブボディ全体を交換しなければならなかった。
一方、樹脂製のバルブシート部分を用いるダイヤフラムバルブの場合、リング状のバルブシートを弁室への流体流入口の周囲に配置し、その周縁部を上からステンレス鋼からなるリング状のシート押えで抑えて、バルブボディに固定する構造になっている(例えば、特許文献2)。この場合バルブシート単体での交換が可能である。
しかし、特許文献2のようなバルブシートを樹脂で構成したバルブにおいては、高温の流体を使用する際、樹脂製のバルブシートが熱膨張して開弁時のダイヤフラムとの間隔が変動するため、流量可変範囲が侵食され、可動範囲の狭い圧電アクチュエータ(ピエゾアクチュエータ)等との併用には適さなかった。
そこで、このようなバルブシート部分の材質を金属に保ったままで、バルブシートを別体とした構成が求められている。例えば、特許文献2のリング状のバルブシートとシート押えを一体化した金属製のインナーディスクとし、バルブボディ側の流体流入路がインナーディスク中央の流体流入路に接続され、バルブボディ側の流体流出路がインナーディスクの流体流出路に、接続されるようにすることが考えられる。
しかし、このような構造にすると、バルブボディ側の流体流入路とインナーディスクの流体流入路との接続部、及び、インナーディスクの周縁部とバルブボディとの接続部を、同時に確実にシールすることが難しい。このため、バルブボディ側の流体流入路からバルブを通さずに流体流出路へ直接リークする「インナーリーク」や、バルブ内の流体が外部環境に流出する「外部リーク」が発生する懸念がある。
しかし、このような構造にすると、バルブボディ側の流体流入路とインナーディスクの流体流入路との接続部、及び、インナーディスクの周縁部とバルブボディとの接続部を、同時に確実にシールすることが難しい。このため、バルブボディ側の流体流入路からバルブを通さずに流体流出路へ直接リークする「インナーリーク」や、バルブ内の流体が外部環境に流出する「外部リーク」が発生する懸念がある。
本発明の目的は、このような課題を解決し、摩耗したバルブシートの交換が容易で、圧電アクチュエータにも対応でき、インナーリーク、外部リークの発生を防止できるダイヤフラムバルブを提供することにある。
本発明のダイヤフラムバルブは、
上面に弁室を形成する凹部が設けられ、該凹部の底面にそれぞれ開口する流体流入路及び流体流出路が内部に設けられたバルブボディと、
前記バルブボディの凹部の底面に前記流体流入路の開口部を囲むように配置されたガスケットと、
前記ガスケットを上から押圧しつつ、周縁部が前記バルブボディの凹部の底面に密着して内側を密封するように配置され、前記バルブボディの流体流入路及び流体流出路にそれぞれ連通する流入貫通孔及び流出貫通孔を有するとともに、上面における前記流入貫通孔の周囲に形成されたバルブシートを有する金属製のインナーディスクと、
前記インナーディスクの上面を覆うように配置され、弾性変形により前記バルブシートに離間・当接して前記流入路の開閉が可能なダイヤフラムと、
前記バルブボディに取りつけられ、前記ダイヤフラムを操作する駆動部と、
を少なくとも含み、
前記インナーディスクの上面のダイヤフラム配置面の高さと前記バルブシートの上面の高さが同一又は実質的に同一である、ことを特徴とする。
上面に弁室を形成する凹部が設けられ、該凹部の底面にそれぞれ開口する流体流入路及び流体流出路が内部に設けられたバルブボディと、
前記バルブボディの凹部の底面に前記流体流入路の開口部を囲むように配置されたガスケットと、
前記ガスケットを上から押圧しつつ、周縁部が前記バルブボディの凹部の底面に密着して内側を密封するように配置され、前記バルブボディの流体流入路及び流体流出路にそれぞれ連通する流入貫通孔及び流出貫通孔を有するとともに、上面における前記流入貫通孔の周囲に形成されたバルブシートを有する金属製のインナーディスクと、
前記インナーディスクの上面を覆うように配置され、弾性変形により前記バルブシートに離間・当接して前記流入路の開閉が可能なダイヤフラムと、
前記バルブボディに取りつけられ、前記ダイヤフラムを操作する駆動部と、
を少なくとも含み、
前記インナーディスクの上面のダイヤフラム配置面の高さと前記バルブシートの上面の高さが同一又は実質的に同一である、ことを特徴とする。
好適には、前記インナーディスクは、ハステロイ(登録商標)製である、構成を採用できる。
好適には、前記ガスケットは、樹脂製で、前記バルブボディの凹部の底面の中心部に設けられた座繰り部に、前記流体流入路の開口部を囲むように配置されている、構成を採用できる。
好適には、前記インナーディスクは、前記バルブボディよりも高い硬度を有する、構成を採用できる。
好適には、前記駆動部の駆動アクチュエータとして圧電アクチュエータを用いる、構成を採用できる。
本発明の流量制御装置は、上記いずれかのダイヤフラムバルブを有することを特徴とする。
本発明の流体制御装置は、複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、上記いずれかのダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含むことを特徴とする。
前記複数の流体機器は、上記いずれかのダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含むことを特徴とする。
本発明の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に上記いずれかのダイヤフラムバルブ、流量制御装置又は上記流体制御装置を用いることを特徴とする。
本発明によれば、バルブシート部分をバルブボディ本体とは別体のインナーディスクとする構成を採用したので、摩耗したバルブシート部分の交換が容易になる。
また、バルブシート部分を含むインナーディスクを熱膨張が少ない金属で構成し、インナーディスクの上面のダイヤフラム配置面の高さとバルブシートの上面の高さを同一又は実質的に同一にしたので、開弁時のダイヤフラムとの間隔の温度による変動が小さいため、可動範囲の狭い圧電アクチュエータを用いても、高温域を含む広い温度範囲で十分な流量可変範囲を得ることができる。
また、流体流入路の周囲には、インナーディスクより柔軟性の高いガスケットを配置し、一方、インナーディスク周縁部ではバルブボディに直接密着する構成としたので、これらの箇所でのシール性が高まり、インナーリーク、外部リークのリスクを低減できる。
また、バルブシート部分を含むインナーディスクを熱膨張が少ない金属で構成し、インナーディスクの上面のダイヤフラム配置面の高さとバルブシートの上面の高さを同一又は実質的に同一にしたので、開弁時のダイヤフラムとの間隔の温度による変動が小さいため、可動範囲の狭い圧電アクチュエータを用いても、高温域を含む広い温度範囲で十分な流量可変範囲を得ることができる。
また、流体流入路の周囲には、インナーディスクより柔軟性の高いガスケットを配置し、一方、インナーディスク周縁部ではバルブボディに直接密着する構成としたので、これらの箇所でのシール性が高まり、インナーリーク、外部リークのリスクを低減できる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブ1の全体構成を説明する。
本実施形態のダイヤフラムバルブ1は、バルブボディ2と、ダイヤフラム5と、駆動部10とを主に含んで構成され、駆動部10は、バルブボディ2に接続された円筒状のボンネット9、ボンネット9の上端部に螺合するナット部材13,ボンネット9およびナット部材13の内周側に配置された可動部材8,圧電アクチュエータ14および支持部12を含む。
本実施形態のダイヤフラムバルブ1は、バルブボディ2と、ダイヤフラム5と、駆動部10とを主に含んで構成され、駆動部10は、バルブボディ2に接続された円筒状のボンネット9、ボンネット9の上端部に螺合するナット部材13,ボンネット9およびナット部材13の内周側に配置された可動部材8,圧電アクチュエータ14および支持部12を含む。
バルブボディ2は、ステンレス鋼等の金属製のブロックからなり、上面に弁室を形成する円筒状の凹部2cが形成され、該凹部2cの底面2eにそれぞれ開口する流体流入路2a及び流体流出路2bが内部に設けられている。この凹部2cの底面2eには、バルブシート4cを形成する後述するインナーディスク4が配置されている。
ダイヤフラム5は、特殊ステンレス鋼等の金属製薄板やニッケル・コバルト合金薄板からなり、自然状態では、中央部が上方へ膨出した球殻状の部材で、バルブボディ2の凹部2c内において、インナーディスク4の上面を密封するように配置され、弾性変形によりバルブシート4cに離間・当接して前記流体流入路2aの開閉が可能である。ダイヤフラム5の外周縁部は、押えアダプタ6を介してボンネット9の下端面により、インナーディスク4及びバルブボディ2に向けて押圧されることで固定されている。尚、図1、2では、ダイヤフラム5が、駆動部10のダイヤフラム操作部8aにより、バルブシート4cに押しつけられた状態を示している。
ボンネット9は、可動部材8や支持部12等をを保持するための略円筒状の部材で、そのフランジ部9bの貫通孔9cを通過してバルブボディ2の上面に螺合されたボルトBTによりバルブボディ2の上面に固定されている。
支持部12は、金属製の梁状の部材で、ボンネット9に設けられた一対の貫通孔9dを貫通して水平方向に設けられている。ボンネット9の上端側の外周部にはねじ部9eが形成され、これにナット部材13が螺合することで、貫通孔9dに支持された支持部12がナット部材13の下端面により押圧され、ボンネット9に固定されている。
可動部材8は、金属製で、下端部がダイヤフラム操作部8aとなっており、ダイヤフラム操作部8aの上方に延在する下側筒状部8bは、積層された金属製の複数の皿ばね11を収容し、梁状の支持部12の前後両側で迂回してさらに上方に延在した上側筒状部8cは、圧電アクチュエータ14を収容している。可動部材8の下端部の外周は、ボンネット9の内周に圧入されたドライベアリング9fにより案内され、可動部材8の上端部の外周は、ナット部材13の内周に圧入されたドライベアリング13aに案内され、可動部材は、上下方向に移動自在に設けられている。
皿ばね11は、可動部材8の下側筒状部8bの底面と支持部12の下面の間に配置されており、皿ばね11の弾性復元力が可動部材8を下方向に向けて付勢している。これにより、圧電アクチュエータ14が作動していない状態では、可動部材8のダイヤフラム操作部8aがダイヤフラム5をインナーディスク4のバルブシートに向けて押圧することで、バルブ閉状態となる。なお、本実施形態では、皿ばね11を用いたが、コイルばね等の他のばねを用いることも可能である。
可動部材8の上側筒状部8cの上端部には、環状部材15aを介してキャップ部材15が螺合している。
圧電アクチュエータ14は、ケースに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケースは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部端面および基端部側端面が閉塞している。圧電アクチュエータ14は、下端部が支持部12に支持されており、積層された圧電素子に電圧を印加して伸長させると、キャップ部材15を介して可動部材8が上方向に押し上げられる。これにより、可動部材8のダイヤフラム操作部8aが上方向に移動し、ダイヤフラム5がインナーディスク4のバルブシートから離れ、バルブ開状態となる。
圧電アクチュエータ14は、ケースに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケースは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部端面および基端部側端面が閉塞している。圧電アクチュエータ14は、下端部が支持部12に支持されており、積層された圧電素子に電圧を印加して伸長させると、キャップ部材15を介して可動部材8が上方向に押し上げられる。これにより、可動部材8のダイヤフラム操作部8aが上方向に移動し、ダイヤフラム5がインナーディスク4のバルブシートから離れ、バルブ開状態となる。
ここで、本発明のダイヤフラムバルブ1は、流体流入路2aの開口部を囲むように配置されたガスケット3と、バルブシート4cを有する金属製のインナーディスク4と、を有することを特徴とする。図2にその要部拡大図示す。
前記のようにバルブボディ2は、ステンレス等の金属製のブロックからなり、上面に弁室を形成する円筒状の凹部2cが形成され、該凹部2cの底面2eにそれぞれ開口する流体流入路2a及び流体流出路2bが内部に設けられている。
ガスケット3は、樹脂製の円環状の部材で、バルブボディ2の凹部2cの底面2eの中心部の座繰り部に前記流体流入路2aの開口部2dを囲むように配置されている。この樹脂材料としては、PCTFE,PTFE,PFA等のフッ素樹脂が、対薬品性、耐熱性、柔軟性を有するため特に好ましい。このガスケット3を、後述するインナーディスク4を構成する金属より柔軟な樹脂材料とすることで、インナーディスク4を取り付けたときに、十分圧縮されるので、インナーディスクは、その周縁部でもバルブボディ2と十分な面圧で密着でき、流体流入路の周囲のシール性と周縁部のシール性が同時に高められる。
尚、ガスケット3は、樹脂の代わりに、柔軟性のある金属を使用することもできる。
尚、ガスケット3は、樹脂の代わりに、柔軟性のある金属を使用することもできる。
インナーディスク4は、金属製の円板状の部材でバルブボディ2の凹部2c内部にて、前記ガスケット3を上から押圧しつつ、下面周縁部4dが前記バルブボディ2の凹部2cの底面2eに密着して内側を密封するように配置されている。
本実施形態のインナーディスク4は、詳細を図3(a)及び(b)に示すように、中央に流入貫通孔4aを有し、その周囲の上面に円環状の凸部からなるバルブシート4cが形成され、その外周側には同一円周上の4箇所に流出貫通孔4bが形成され、インナーディスク4の最外周の上面側には、円環状の凸部からなるダイヤフラム配置面4eが形成されている。一方、インナーディスク4の下面には、最外周部に円環状の凸部からなる下面周縁部4dが形成され、この下面周縁部4dは、その内側の下面より下方向に突出している。
流入貫通孔4aは、バルブボディ2の流体流入路2aと同軸に位置してこれと連通し、流出貫通孔4bは、インナーディスク4の下面側のバルブボディ2の凹部2cの底面2eとの間隙を介してバルブボディ2の流体流出路2bに連通している。これにより、流体は、バルブボディ2の流体流入路2aから流入貫通孔4aを通り、バルブシート4cとダイヤフラム5との間隙を通って、ダイヤフラム5下面とインナーディスク4上面との間の弁室に流入し、流出貫通孔4bを通り、インナーディスク4の下面側のバルブボディ2の凹部2cの底面2eとの間隙を通って、バルブボディ2の流体流出路2bへ流出できるようになっている。
バルブシート4cの上面とダイヤフラム配置面4eは、高さが同一又は実質的に同一である。このため、仮にインナーディスク4の構成材料が熱膨張しても、開弁時のバルブシート4cとダイヤフラム5との間隔の変動が起こりにくい。尚、「実質的に同一」とは、例えば、製造誤差等によるバルブシート4cの上面とダイヤフラム配置面4eの差などは、許容するという意味である。
前記した円環状の凸部からなる下面周縁部4dは、インナーディスク4が押圧固定されるとき、バルブボディ2との間でメタルシールを形成する。
本実施形態のインナーディスク4は、詳細を図3(a)及び(b)に示すように、中央に流入貫通孔4aを有し、その周囲の上面に円環状の凸部からなるバルブシート4cが形成され、その外周側には同一円周上の4箇所に流出貫通孔4bが形成され、インナーディスク4の最外周の上面側には、円環状の凸部からなるダイヤフラム配置面4eが形成されている。一方、インナーディスク4の下面には、最外周部に円環状の凸部からなる下面周縁部4dが形成され、この下面周縁部4dは、その内側の下面より下方向に突出している。
流入貫通孔4aは、バルブボディ2の流体流入路2aと同軸に位置してこれと連通し、流出貫通孔4bは、インナーディスク4の下面側のバルブボディ2の凹部2cの底面2eとの間隙を介してバルブボディ2の流体流出路2bに連通している。これにより、流体は、バルブボディ2の流体流入路2aから流入貫通孔4aを通り、バルブシート4cとダイヤフラム5との間隙を通って、ダイヤフラム5下面とインナーディスク4上面との間の弁室に流入し、流出貫通孔4bを通り、インナーディスク4の下面側のバルブボディ2の凹部2cの底面2eとの間隙を通って、バルブボディ2の流体流出路2bへ流出できるようになっている。
バルブシート4cの上面とダイヤフラム配置面4eは、高さが同一又は実質的に同一である。このため、仮にインナーディスク4の構成材料が熱膨張しても、開弁時のバルブシート4cとダイヤフラム5との間隔の変動が起こりにくい。尚、「実質的に同一」とは、例えば、製造誤差等によるバルブシート4cの上面とダイヤフラム配置面4eの差などは、許容するという意味である。
前記した円環状の凸部からなる下面周縁部4dは、インナーディスク4が押圧固定されるとき、バルブボディ2との間でメタルシールを形成する。
インナーディスク4を構成する金属材料としては、バルブボディ2と同様にステンレス鋼を用いてもよいが、低熱膨張性、硬度等の点からハステロイを用いることが好ましい。ハステロイ(HASTELLOY)はニッケルを主成分とし、モリブデンやクロムを多く加えることで耐食性や耐熱性を高めた合金であり、米国ヘインズ社の商標である。
ハステロイ等の熱膨張が小さい材料を用いる場合、仮にバルブシート4cの上面が、ダイヤフラム配置面4eと同一高さになくても、開弁時のダイヤフラム5との間隔の温度による変動を低減できる。
また、硬度が高く潰れにくいハステロイを用いることで、インナーディスク4が組付時に潰れて横に広がり、バルブボディ2の凹部2cの外周面と引っ掛かって取り出せなくなる問題を低減することができる。
ハステロイ等の熱膨張が小さい材料を用いる場合、仮にバルブシート4cの上面が、ダイヤフラム配置面4eと同一高さになくても、開弁時のダイヤフラム5との間隔の温度による変動を低減できる。
また、硬度が高く潰れにくいハステロイを用いることで、インナーディスク4が組付時に潰れて横に広がり、バルブボディ2の凹部2cの外周面と引っ掛かって取り出せなくなる問題を低減することができる。
バルブボディ2の凹部2c内部において、ダイヤフラム5の外周縁部の上には、円環状の押えアダプタ6が配置され、その上には、ボンネット9の下端部9aが配置されている。
このボンネット9は、前記のように駆動部10を保持するための略円筒状の部材で、そのフランジ部9bの貫通孔9cを通過してバルブボディ2の上面に螺合されたボルトBTによりバルブボディ2に固定される。このとき、ボンネット9の下端部9aは、押えアダプタ6,ダイヤフラム5及びインナーディスク4をバルブボディ2の凹部2cの底面2eに押圧し、これらを固定する。またインナーディスク4は、バルブボディ2の凹部2c内部より高硬度である。
これにより、ダイヤフラム5とインナーディスク4上面の間がシールされ、また、インナーディスク4下面とガスケット3の上面、ガスケット3の下面とバルブボディ2の凹部2cの底面2eがそれぞれシールされ、ガスケット3が圧縮された後、バルブボディ2の凹部2c内部はインナーディスク4の下面周縁部4dに沿って変形し、バルブボディ2の凹部2cの底面2eと直接密着してシールされる。
このボンネット9は、前記のように駆動部10を保持するための略円筒状の部材で、そのフランジ部9bの貫通孔9cを通過してバルブボディ2の上面に螺合されたボルトBTによりバルブボディ2に固定される。このとき、ボンネット9の下端部9aは、押えアダプタ6,ダイヤフラム5及びインナーディスク4をバルブボディ2の凹部2cの底面2eに押圧し、これらを固定する。またインナーディスク4は、バルブボディ2の凹部2c内部より高硬度である。
これにより、ダイヤフラム5とインナーディスク4上面の間がシールされ、また、インナーディスク4下面とガスケット3の上面、ガスケット3の下面とバルブボディ2の凹部2cの底面2eがそれぞれシールされ、ガスケット3が圧縮された後、バルブボディ2の凹部2c内部はインナーディスク4の下面周縁部4dに沿って変形し、バルブボディ2の凹部2cの底面2eと直接密着してシールされる。
尚、ボンネット9をバルブボディ2に対してボルトBTにより固定する方法の代わりに、ボンネット9の外周とバルブボディの凹部2cの内周にねじ部を設けて螺合してもよい。但し、その場合、螺合時にダイヤフラムが回動して、ひずみや損傷が発生する懸念がある。また、螺合して固定する場合、弁室である凹部2cが深くなり、底面2e等の研磨が困難になる欠点もある。
尚、ボンネット9の下端部9aと押えアダプタ6を、別体とする代わりに一体としてもよい。
尚、ボンネット9の下端部9aと押えアダプタ6を、別体とする代わりに一体としてもよい。
本実施形態によれば、バルブシート部分をバルブボディ2本体とは別体のインナーディスク4とする構成を採用したので、摩耗したバルブシート部分の交換が容易になる。
また、バルブシート4cを含むインナーディスク4を熱膨張が少ない金属で構成し、バルブシート4c面の高さとダイヤフラム配置面4eの高さを同一または実質的に同一にしたので、開弁時のダイヤフラム5との間隔の温度による変動が小さく、可動範囲の狭い圧電アクチュエータを用いても、高温域を含む広い温度範囲で十分な流量可変範囲を得ることができる。
また、流体流入路の周囲には、インナーディスク4より柔軟性の高いガスケット3を配置し、インナーディスク4の周縁部ではバルブボディ2に直接密着する構成としたので、これらの箇所でのシール性が高まり、インナーリーク、外部リークのリスクを低減できる。
また、バルブシート4cを含むインナーディスク4を熱膨張が少ない金属で構成し、バルブシート4c面の高さとダイヤフラム配置面4eの高さを同一または実質的に同一にしたので、開弁時のダイヤフラム5との間隔の温度による変動が小さく、可動範囲の狭い圧電アクチュエータを用いても、高温域を含む広い温度範囲で十分な流量可変範囲を得ることができる。
また、流体流入路の周囲には、インナーディスク4より柔軟性の高いガスケット3を配置し、インナーディスク4の周縁部ではバルブボディ2に直接密着する構成としたので、これらの箇所でのシール性が高まり、インナーリーク、外部リークのリスクを低減できる。
次に、本発明の流量制御装置について説明する。
図4及び図5は、本発明の実施形態に係る圧力式流量制御装置を示す縦断面図及び斜視図である。
図4において、流量制御装置20の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置20は、上記したダイヤフラムバルブ1の構成要素に加えて、上流側ブロック21,フィルター22、下流側ブロック25、圧力検出器23、オリフィス24、圧力検出器26、下流側流路25aを有する。
図4及び図5は、本発明の実施形態に係る圧力式流量制御装置を示す縦断面図及び斜視図である。
図4において、流量制御装置20の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置20は、上記したダイヤフラムバルブ1の構成要素に加えて、上流側ブロック21,フィルター22、下流側ブロック25、圧力検出器23、オリフィス24、圧力検出器26、下流側流路25aを有する。
バルブボディ2の内部において、ダイヤフラムバルブ1の下流側の流体流出路2b内にオリフィス24(本実施形態では、ガスケット型オリフィス)が設けられている。オリフィス24の上流側の流体流出路2bの途中には、圧力を検出する上流側の圧力検出器23が設けられている。
下流側ブロック25は、バルブボディ2にボルトにより連結され、バルブボディ2の下流側の流体流出路2bに連通する下流側流路25aを有し、下流側流路25a内の圧力を検出する下流側の圧力検出器26が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器23、26の検出値に基づいてダイヤフラムバルブ1が開閉制御される。
下流側ブロック25は、バルブボディ2にボルトにより連結され、バルブボディ2の下流側の流体流出路2bに連通する下流側流路25aを有し、下流側流路25a内の圧力を検出する下流側の圧力検出器26が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器23、26の検出値に基づいてダイヤフラムバルブ1が開閉制御される。
本実施形態の圧力式流量制御装置の制御バルブとしてのダイヤフラムバルブ1において、バルブシート部分をバルブボディ2本体とは別体のインナーディスク4とする構成を採用したので、摩耗したバルブシート部分の交換が容易になり、圧力式流量制御装置のメンテナンス性が向上する。
次に、本発明の流体制御装置について説明する。
図6は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
図6に示す流体制御装置には、幅方向W1、W2に沿って配列され長手方向G1、G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は背面側、W2は正面側、G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A〜991Eが設置され、複数の流路ブロック992には、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
図6は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
図6に示す流体制御装置には、幅方向W1、W2に沿って配列され長手方向G1、G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は背面側、W2は正面側、G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A〜991Eが設置され、複数の流路ブロック992には、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
ここで、「流体機器」とは、流体の流れを制御する流体制御装置に使用される機器であって、流体流路を画定するバルブボディを備え、このバルブボディの表面で開口する少なくとも2つの流路ロを有する機器である。具体的には、開閉弁(2方弁)991A、レギュレータ991B、プレッシャーゲージ991C、開閉弁(3方弁)991D、マスフローコントローラ991E等が含まれるが、これらに限定されるわけではない。なお、導入管993は、上記した図示しない流路の上流側の流路口に接続されている。
本発明は、上記したマスフローコントローラ991Eに適用可能である。
本発明は、上記したマスフローコントローラ991Eに適用可能である。
次に、本発明の半導体製造装置について説明する。
図7は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図7に示す半導体製造装置980は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition法)による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、981はプロセスガス供給源、982はガスボックス、983はタンク、984は開閉バルブ、985は制御部、986は処理チャンバ、987は排気ポンプを示している。例えば、ALD法等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
ガスボックス982は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ986に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム(流体制御装置)である。
タンク983は、ガスボックス982から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッフアとして機能する。
開閉バルブ984は、上記した変位拡大機構を内蔵したダイヤフラムバルブである。
制御部985は、開閉バルブ984への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ986は、ALD法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ987は、処理チャンバ986内を真空引きする。
本発明は、上記したガスボックス982(流体制御装置)の構成要素としてのマスフローコントローラに適用可能である。
図7は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図7に示す半導体製造装置980は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition法)による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、981はプロセスガス供給源、982はガスボックス、983はタンク、984は開閉バルブ、985は制御部、986は処理チャンバ、987は排気ポンプを示している。例えば、ALD法等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
ガスボックス982は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ986に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム(流体制御装置)である。
タンク983は、ガスボックス982から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッフアとして機能する。
開閉バルブ984は、上記した変位拡大機構を内蔵したダイヤフラムバルブである。
制御部985は、開閉バルブ984への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ986は、ALD法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ987は、処理チャンバ986内を真空引きする。
本発明は、上記したガスボックス982(流体制御装置)の構成要素としてのマスフローコントローラに適用可能である。
上記のようなシステム構成によれば、制御部985から開閉バルブ984に制御指令を送れば、処理ガスの流量制御が可能になる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
1 :ダイヤフラムバルブ
2 :バルブボディ
2a :流体流入路
2b :流体流出路
2c :凹部
2d :開口部
2e :底面
3 :ガスケット
4 :インナーディスク
4a :流入貫通孔
4b :流出貫通孔
4c :バルブシート
4d :下面周縁部
4e :ダイヤフラム配置面
5 :ダイヤフラム
6 :押えアダプタ
8 :可動部材
8a :ダイヤフラム操作部
8b :下側筒状部
8c :上側筒状部
9 :ボンネット
9a :下端部
9b :フランジ部
9c :貫通孔(フランジ部の)
9d :貫通孔(支持部用)
9e :ねじ部
9f :ドライベアリング
10 :駆動部
11 :皿ばね
12 :支持部
13 :ナット部材
13a :ドライベアリング
14 :圧電アクチュエータ
15 :キャップ部材
15a :環状部材
20 :流量制御装置
21 :上流側ブロック
22 :フィルター
23 :圧力検出器
24 :オリフィス
25 :下流側ブロック
25a :下流側流路
26 :圧力検出器
980 :半導体製造装置
981 :プロセスガス供給源
982 :ガスボックス
983 :タンク
984 :開閉バルブ
985 :制御部
986 :処理チャンバ
987 :排気ポンプ
991A〜991E :流体機器
992 :流路ブロック
993 :導入管
BT :ボルトBT
BS :ベースプレート
GI,G2:長手方向
W1,W2:幅方向
2 :バルブボディ
2a :流体流入路
2b :流体流出路
2c :凹部
2d :開口部
2e :底面
3 :ガスケット
4 :インナーディスク
4a :流入貫通孔
4b :流出貫通孔
4c :バルブシート
4d :下面周縁部
4e :ダイヤフラム配置面
5 :ダイヤフラム
6 :押えアダプタ
8 :可動部材
8a :ダイヤフラム操作部
8b :下側筒状部
8c :上側筒状部
9 :ボンネット
9a :下端部
9b :フランジ部
9c :貫通孔(フランジ部の)
9d :貫通孔(支持部用)
9e :ねじ部
9f :ドライベアリング
10 :駆動部
11 :皿ばね
12 :支持部
13 :ナット部材
13a :ドライベアリング
14 :圧電アクチュエータ
15 :キャップ部材
15a :環状部材
20 :流量制御装置
21 :上流側ブロック
22 :フィルター
23 :圧力検出器
24 :オリフィス
25 :下流側ブロック
25a :下流側流路
26 :圧力検出器
980 :半導体製造装置
981 :プロセスガス供給源
982 :ガスボックス
983 :タンク
984 :開閉バルブ
985 :制御部
986 :処理チャンバ
987 :排気ポンプ
991A〜991E :流体機器
992 :流路ブロック
993 :導入管
BT :ボルトBT
BS :ベースプレート
GI,G2:長手方向
W1,W2:幅方向
Claims (8)
- 上面に弁室を形成する凹部が設けられ、該凹部の底面にそれぞれ開口する流体流入路及び流体流出路が内部に設けられた金属製バルブボディと、
前記バルブボディの凹部の底面に前記流体流入路の開口部を囲むように配置されたガスケットと、
前記ガスケットを上から押圧しつつ、周縁部が前記バルブボディの凹部の底面に密着して内側を密封するように配置され、前記バルブボディの流体流入路及び流体流出路にそれぞれ連通する流入貫通孔及び流出貫通孔を有するとともに、上面における前記流入貫通孔の周囲に形成されたバルブシートを有する金属製のインナーディスクと、
前記インナーディスクの上面を覆うように配置され、弾性変形により前記バルブシートに離間・当接して前記流入路の開閉が可能なダイヤフラムと、
前記バルブボディに取りつけられ、前記ダイヤフラムを操作する駆動部と、
を少なくとも含み、
前記インナーディスクの上面のダイヤフラム配置面の高さと前記バルブシートの上面の高さが同一または実質的に同一であることを特徴とする、ダイヤフラムバルブ。 - 前記インナーディスクは、ハステロイ(登録商標)製である、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記ガスケットは、樹脂製で、前記バルブボディの凹部の底面の中心部に設けられた座繰り部に、前記流体流入路の開口部を囲むように配置されている、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記インナーディスクは、前記バルブボディよりも高い硬度を有する、請求項1乃至3のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記駆動部の駆動アクチュエータとして圧電アクチュエータを用いる、請求項1乃至4のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のダイヤフラムバルブを有することを特徴とする、圧力式流量制御装置。
- 複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、請求項1乃至5のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項6に記載の圧力式流量制御装置を含むことを特徴とする、流体制御装置。 - 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項1乃至5のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ、請求項6に記載の圧力式流量制御装置又は請求項7に記載の流体制御装置を用いることを特徴とする、半導体製造装置。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03194269A (ja) * | 1989-12-20 | 1991-08-23 | Seiko Electronic Components Ltd | 全金属ダイヤフラムバルブ |
JPH06341560A (ja) * | 1993-06-02 | 1994-12-13 | Kiyohara Masako | ダイヤフラム弁 |
JP2005172026A (ja) * | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Fujikin Inc | 流体制御器 |
JP2017190872A (ja) * | 2016-04-07 | 2017-10-19 | 株式会社堀場エステック | 弁要素及び流体制御弁 |
-
2019
- 2019-03-29 JP JP2019065949A patent/JP2020165476A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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