JP5140400B2 - Valve structure - Google Patents
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Description
本発明は、弁構造に係わる。より詳細には、一般産業用、特に、半導体製造装置や液晶製造装置などに用いられる様々な流体、特に、高圧な流体の供給または排出系に適する、金属ダイヤフラム式遮断弁などの弁座構造に関する。 The present invention relates to a valve structure. More specifically, the present invention relates to a valve seat structure such as a metal diaphragm type shut-off valve suitable for general industrial use, particularly various fluids used in semiconductor manufacturing equipment, liquid crystal manufacturing equipment, etc., particularly high pressure fluid supply or discharge systems. .
現在、半導体製造装置や液晶製造装置などに用いられる高圧流体用の金属ダイヤフラム式遮断弁において、樹脂製の弁座を有する場合、カシメ方式(図6)とシートホルダー方式(図7)とがある。
弁箱3の内部には、一次側通路4と二次側通路5とが形成されている。一次側通路4の内部側端には口4aが形成され、二次側通路5の内部側端には口5aが形成されている。
口4aの周囲には、口4aを取り囲んで弁座1が配置されている。
カシメ方式の場合は、弁箱3の口4a周囲の部分は口4aの高さより上に立ち上がっており、その部分に、上方に開口する溝が形成されている。弁座1は、その溝の内部にカシメて嵌め込んである。
ダイヤフラム6が弁座1の頭部1aに当接した場合には、一次側通路4と二次側通路5とは遮断される。ダイヤフラム6が弁座1の頭部1aから離脱した場合には、口4aと口5aとを介して、一次側通路4aと二次側通路5aとは連通状態となる。
Currently, metal diaphragm type shut-off valves for high pressure fluids used in semiconductor manufacturing equipment, liquid crystal manufacturing equipment, etc., have a valve seat made of resin, there are a caulking method (FIG. 6) and a seat holder method (FIG. 7). .
A
A
In the case of the caulking method, the portion around the
When the
しかし、カシメ方式の場合、樹脂製の弁座1と、それを挿入するための弁箱3に形成される溝との間に微少な隙間が形成される。その隙間をデッドスペースと呼ぶ。そのデッドスペースに組立時の大気成分が存在しており、その水分や酸素が何らかの原因により流路内(一次側通路4,二次側通路5)に放出されると、流路内に反応し易い特殊ガス等存在する場合、反応が起きて生成物が生成される等、半導体製造プロセスに影響を及ぼす。
また、樹脂製の弁座1を金属製の弁箱3の溝内にカシメる際、金属を変形させる。そのため、接ガス部に相当するそのカシメ部分の金属表面に傷を残すことになる。さらに、カシメて嵌め込む際に金属からパーティクルが発生することがあるが、洗浄を行うことができない。そのため成膜原料中にパーティクルを巻き込む原因となってしまう。
一方、図7示すシートホルダー方式では、弁箱3の口4aの周辺はフラットであり、口4aを取り囲んで弁座1が配置される。弁座1は底面がフラットであり、底面と頭部1aとの間に段差を有している。弁座1が中央に配置された状態で、保持具2は弁座1を弁箱の所定の位置に固定するための手段である。保持具2は、弁座1の段差に対応する段差を外部に有している。弁座1を弁箱3の中央に配置し、弁座1の段差と保持具2の段差とをかみ合わせる。保持部2はダイアフラムの周端において上方からの押圧力を受けて弁箱3に固定されるとともに、段差から弁座1に力を加えて弁座1を弁箱3に固定する。
保持具2は複数の開口10を有している。また、保持具2の下方には空間が形成されており、空間9は口5aを介して二次側通路5に通じている。
ダイヤフラム6が弁座1の頭部から脱離している場合には、口4a、開口10,空間9、口5aを介して一次側通路4aと二次側通路5aとは連通する。すなわち、バルブは開の状態となる。
However, in the case of the caulking method, a minute gap is formed between the
Further, when the
On the other hand, in the seat holder system shown in FIG. 7, the periphery of the
The
When the
しかし、シートホルダー方式の遮断弁の場合には、ダイヤフラム6が樹脂製の弁座1の頭部に当接している場合に次ぎのような問題が生じる。
However, in the case of a seat holder type shut-off valve, the following problem occurs when the
すなわち、図8に示すように、流体が高圧で分子量が小さい気体の場合(例えば、Heガス)、気体が樹脂製の弁座1内に浸透する。次いで、その気体は弁座1の内部を拡散し、さらに弁座1の外部に透過してしまう。そのため、図8の矢印で示したように、弁閉時においても、下流側の圧力が徐々に上昇してしまう。弁座1の厚み(図面において横方向の厚み)が厚い場合であっても、透過が生じるまでに時間がかかるとは言え同じ現象は生じる。
That is, as shown in FIG. 8, when the fluid is a gas having a high pressure and a low molecular weight (for example, He gas), the gas penetrates into the
また、最高使用圧力が弁内に封入されている時でも、弁座を締め切れるだけの充分な弁座押し付け力Fを発生する駆動装置を備えなければならない。弁内圧力が低圧(例えば大気圧)の場合であっても、弁座には弁座を締め切れるだけの充分な弁座押し付け力Fをかけている。この場合、弁座押し付け力は全て弁座にかかる。すると、弁座にかかる押し付け力は過大になる。そのため、樹脂製の弁座は座屈を起こし、流量低下、弁座漏洩の原因となる。 Further, a drive device that generates a sufficient valve seat pressing force F that can close the valve seat even when the maximum operating pressure is sealed in the valve must be provided. Even when the internal pressure of the valve is low (for example, atmospheric pressure), a sufficient valve seat pressing force F is applied to the valve seat so that the valve seat can be closed. In this case, all the valve seat pressing force is applied to the valve seat. Then, the pressing force applied to the valve seat becomes excessive. For this reason, the resin valve seat buckles, which causes a decrease in flow rate and valve seat leakage.
本発明は、閉弁状態にあって、下流側の圧力が上昇しない弁構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a valve structure in which the downstream pressure does not increase in a closed state.
本発明は、過大な押しつけ力がかかっても弁座は座屈せず、流量の低下や弁座漏洩をもたらすことのない弁座構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a valve seat structure that does not buckle even if an excessive pressing force is applied, and that does not cause a decrease in flow rate or leakage of the valve seat.
請求項1に係る発明は、樹脂製の弁座と、該弁座の頭部と当接し離脱するダイヤフラムと、該弁座を覆う金属製の弁座補強部材と、該弁座および該弁座補強部材とを弁箱に押し付けて保持するための弁座保持具とからなる弁構造であって、該弁座が金属ダイヤフラムと接する弁座部以外は弁座補強部材と弁座保持具により囲まれて構成される弁座構造である。
請求項2に係る発明は、該弁座補強部材は溝を有し、該溝内に前記弁座がはめ込まれている請求項1記載の弁座構造である。
請求項3に係る発明は、前記弁座補強部材の底面と弁箱との接触部にガスケット構造を有する請求項2記載の弁構造である。
請求項4に係る発明は、前記弁座補強部材の溝の底部と、弁座の底面との間に気体が侵入しないようにした請求項2記載の弁構造である。
請求項5に係る発明は、弁座の底面に歪みが生じるようにして弁座を前記溝にはめ込んである請求項4記載の弁構造である。
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to
請求項6に係る発明は、前記溝の底部に傾斜を設けておき、平坦な底面を有する弁座を該溝にはめ込む請求項5記載の弁構造である。
The invention according to
請求項7に係る発明は、前記溝の底部を平坦にしておき、弁座の底面に傾斜か盛り上がり部を設けておき、弁座を溝にはめ込む請求項5記載の弁構造である。
The invention according to
(請求項1)
該弁座が金属ダイヤフラムと接する弁座部以外は弁座補強部材と弁座保持具により囲まれて構成されるため、気体は弁座と接触することがなく、気体の侵入、透過を確実に防止することが可能となる。
(Claim 1)
Since the valve seat is surrounded by the valve seat reinforcement member and the valve seat holder except for the valve seat portion that contacts the metal diaphragm, the gas does not contact the valve seat, and the gas can be surely penetrated and permeated. It becomes possible to prevent.
従って、分子量の小さな気体の場合であっても、弁閉時において下流側における気圧の上昇を防止することができる。 Therefore, even in the case of a gas having a low molecular weight, it is possible to prevent an increase in pressure on the downstream side when the valve is closed.
また、ダイヤフラムによる強力な弁座押し付け力を弁座補強材も負担するため、弁座が座屈を起こし難くなる。 Further, since the valve seat reinforcing member bears a strong valve seat pressing force by the diaphragm, the valve seat is less likely to buckle.
デッドスペースが最小で、組立時において清浄度を損なわず、弁座の修理または交換が容易な弁構造(例えば金属ダイヤフラム式遮断弁の構造)を提供することができる。
(請求項2)
該弁座補強部材は溝を有し、該溝内に前記弁座がはめ込まれていると、金属ダイヤフラムと接する弁座部以外は気体から隔離され、気体の弁座への侵入を防止することができる。
また、弁座補強部材全体でダイヤフラムの押し付け力を負担するので座屈の発生防止により有効となる。
(請求項3)
前記弁座補強部材の底面と弁箱との接触部にガスケット構造を有していると、一次側通路と二次側通路との間における弁座補強部材底面を介してのリークを防止することができる。
(請求項4)
前記弁座補強部材の溝の底部と、弁座の底面との間に気体が侵入しないようにし,これにより、弁座底部に高圧気体が流入し、その後、弁内圧が下がった時、弁座の底部と上部に圧力差が生じ、そのせん断力により弁座が破損するのを防ぐことができる。
(請求項5)
弁座の底面に歪みが生じるようにして弁座を前記溝にはめ込んであると、弁座補強部材の溝部の底部内径側と弁座保持具の弁座押付け部との間で応力の高い領域を分布させて弁座を保持することが可能となる。これにより、弁座補強部材の溝部の底部内径側と弁座底部の密着度が高くなるため、弁座底部に高圧気体が流入するのを防ぐことができ、理想的な弁座の保持状態を実現できる。これにより、弁座底部に高圧気体が流入し、その後、弁内圧が下がった時、弁座の底部と上部に圧力差が生じ、そのせん断力により弁座が破損するのを防ぐことができる。
(請求項6)
溝の底部に傾斜を設けておき、平坦な底面を有する弁座を該溝にはめ込むと、傾斜面に当たる弁座底面は圧縮され、その部分は圧縮応力を受ける。溝の底部と弁座の底面との密着性が高くなり、弁座補強部材と弁座との間への気体の流入を防止できる。
(請求項7)
前記溝の底部を平坦にしておき、弁座の底面に傾斜か盛り上がり部を設けておく場合も、請求項6の場合と同様の効果を生じる。
なお、傾斜は、一次側通路4の口4aの中心に向かい上昇する傾きとすることが好ましい。それにより、弁座の内径側の側面と弁座補強部材の内径側の壁の溝側の側面との間に高いシール性を有するシール面を形成することが可能となる。
It is possible to provide a valve structure (for example, a structure of a metal diaphragm type shut-off valve) that has a minimum dead space, does not impair cleanliness during assembly, and can be easily repaired or replaced.
(Claim 2 )
The valve seat reinforcing member has a groove, and when the valve seat is fitted in the groove, the portion other than the valve seat portion contacting the metal diaphragm is isolated from the gas to prevent the gas from entering the valve seat. Can do.
In addition, the entire valve seat reinforcing member bears the pressing force of the diaphragm, which is effective in preventing the occurrence of buckling.
(Claim 3 )
When a contact portion between the bottom surface of the valve seat reinforcing member and the valve box has a gasket structure, leakage through the bottom surface of the valve seat reinforcing member between the primary side passage and the secondary side passage is prevented. Can do.
(Claim 4 )
Gas is prevented from entering between the bottom of the groove of the valve seat reinforcing member and the bottom surface of the valve seat, so that when the high pressure gas flows into the bottom of the valve seat and then the internal pressure of the valve decreases, the valve seat It is possible to prevent the valve seat from being damaged due to a pressure difference between the bottom and the top of the tube and the shearing force.
(Claim 5 )
When the valve seat is fitted in the groove so that the bottom surface of the valve seat is distorted, a region where the stress is high between the bottom inner diameter side of the groove portion of the valve seat reinforcing member and the valve seat pressing portion of the valve seat holder It is possible to hold the valve seat by distributing it. This increases the close contact between the bottom inner diameter side of the groove portion of the valve seat reinforcing member and the valve seat bottom portion, so that high pressure gas can be prevented from flowing into the valve seat bottom portion, and the ideal valve seat holding state can be achieved. realizable. As a result, when a high-pressure gas flows into the valve seat bottom, and then the internal pressure of the valve decreases, a pressure difference is generated between the bottom and top of the valve seat, and the valve seat can be prevented from being damaged by the shearing force.
(Claim 6 )
When an inclination is provided at the bottom of the groove and a valve seat having a flat bottom surface is fitted into the groove, the bottom surface of the valve seat that hits the inclined surface is compressed, and the portion receives compressive stress. Adhesion between the bottom of the groove and the bottom surface of the valve seat is enhanced, and gas inflow between the valve seat reinforcing member and the valve seat can be prevented.
(Claim 7 )
Even when the bottom of the groove is made flat and an inclined or raised portion is provided on the bottom surface of the valve seat, the same effect as in the case of
The inclination is preferably an inclination that rises toward the center of the
図1及び図2に本発明の実施例に係る弁構造を示す。 1 and 2 show a valve structure according to an embodiment of the present invention.
本例の弁構造は、樹脂製の弁座1と、弁座1の頭部1aと当接し離脱するダイヤフラム6と、弁座1の内側面と外側面と底面を覆う金属製の弁座補強部材7と、弁座1および弁座補強部材7とを弁箱3に保持するための弁座保持具2とからなっている。
The valve structure of this example is made of a
以下より詳細に説明する。
本例の弁座1は樹脂製である。樹脂としては、PCTFE(三フッ化塩化エチレン)、 PBI(ポリベンズイミダゾール)、PFA(アーフロロアルコキシレート)その他の樹脂が用いられる。気体の透過性がこれらよりも高い樹脂を使用する場合に本発明より有効である。
弁座1はその上部に、ダイヤフラム6が当接し、離脱する頭部1aを有している。弁座1は、弁座補強部材7の溝内はめ込み可能であればその形状は特に限定されない。ただ、保持具2により弁箱3に固定するために、頭部1aから下がった部分に段差部1dを有している。この段差部1dにおいて保持具2に当てて押し付けることにより弁箱3に固定する。
また、弁座1を弁座補強部材7の溝内にはめ込んだとき、その頭部1aは弁座補強部材7の内径側の壁の高さより高くしてある。また、段差1dの高さは弁座補強部材7の外径側の壁の高さより高くしてある。
弁座1を溝内にはめ込み後、保持具2を段差1dの面に押し付ける。弁座1の段差面は弁座補強部材7の外径側の壁の高さまで圧縮され、押しつけ力は弁座1の段差1dの面と弁座補強部材7の外径側の壁の頂上面とで負担する。従って、アスペクト比が大きな弁座を用いたとしても座屈は発生しにくくなっている。
弁座1を弁座補強部材7の溝にはめ込み保持具2により押し付けると弁座1は歪みを受けて内部応力が発生する。特に、図3においては、ABCDに囲まれる部分において圧縮応力が大きくなり、A,B,C,Dの各点はシール性が高くなっている。
弁座補強部材7の採用により、弁閉時において、分子量の小さな気体は弁座上部の金属ダイヤフラムと接する弁座部付近からしか透過できないため、透過量を少なく抑えることができる。また、強力な弁座押し付け力に対して樹脂製弁座が座屈を起こし難くなる。
弁座補強材7は金属(合金を含む)である。耐食性を有する金属が好ましい。例えば、SUS316L,ニッケル合金(例えば、ハステロイ(登録商標))、ニッケル銅合金(例えばモネル(登録商標))が用いられる。
弁座補強部材7の底面にはガスケットが7aが形成されている。本発明においては、弁座補強部材7は金属製である。従って、弁箱との接触は金属同士となり、樹脂の場合に比べるとシール性は良好ではない。そこで、弁座補強部材7の底面にガスケットを形成市シール性を高くすることが好ましい。
ガスケットとなる突起の形状は特に限定されない。図に示す例は断面が三角形状である突起を設けてある。
図3に示すように、本発明の弁座構造において、弁座補強部材の溝部の底部内径側と弁座保持具の弁座押付け部との間で応力の高い領域を分布させて弁座を保持することにより、弁座補強部材の溝部の底部内径側と弁座底部の密着度が高くなるため、弁座底部に高圧気体が流入するのを防ぐことができ、理想的な弁座の保持状態を実現できる。これにより、弁座底部に高圧気体が流入し、その後、弁内圧が下がった時、弁座の底部と上部に圧力差が生じ、そのせん断力により弁座が破損するのを防ぐことができる。図4に弁座内の理想的な応力分布を得るための弁座形状と弁座補強部材形状の組合せの例を示す。
図4(a)では、弁座補強部材7の溝の底部は、その中央から上方に向かい傾斜している。弁座4の底面はフラットである。
図4(b)では、弁座補強部材7の溝の底部は、全体にわたり上方に向かい傾斜している。弁座4の底面はフラットである。
図4(c)では、弁座補強部材7の溝の底部はフラットである。弁座4の底面は下方に向かい傾斜している。
図4(d)では、弁座補強部材7の溝の底部はフラットである。弁座4の底面は内径側端がふくらみを有しており他の部分は平坦となっている。
これらの弁座1の底面形状と弁座補強部材7の溝形状との組合せにより図3に示すような内部応力の分布を有する構成とし、シール性の高い構造を得ることができる。
This will be described in more detail below.
The
The
Further, when the
After fitting the
When the
By adopting the valve
The
A
The shape of the protrusion that becomes the gasket is not particularly limited. The illustrated example cross-section is provided with a collision force Ru triangular der.
As shown in FIG. 3, in the valve seat structure of the present invention, the valve seat is distributed by distributing a high stress area between the bottom inner diameter side of the groove portion of the valve seat reinforcing member and the valve seat pressing portion of the valve seat holder. By holding, the degree of close contact between the bottom inner diameter side of the groove of the valve seat reinforcing member and the valve seat bottom becomes high, so that high-pressure gas can be prevented from flowing into the valve seat bottom, and ideal valve seat retention The state can be realized. As a result, when a high-pressure gas flows into the valve seat bottom, and then the internal pressure of the valve decreases, a pressure difference is generated between the bottom and top of the valve seat, and the valve seat can be prevented from being damaged by the shearing force. FIG. 4 shows an example of a combination of a valve seat shape and a valve seat reinforcing member shape for obtaining an ideal stress distribution in the valve seat.
In FIG. 4A, the bottom of the groove of the valve
In FIG.4 (b), the bottom part of the groove | channel of the valve
In FIG.4 (c), the bottom part of the groove | channel of the valve
In FIG.4 (d), the bottom part of the groove | channel of the valve
A combination of the bottom shape of the
図5に高圧ヘリウムの弁座透過量を測定した例を示す。これは、弁の上流に高圧ヘリウムを接続し、弁の下流側にヘリウムリークディテクターを接続して、弁閉状態のままヘリウムの透過量を測定したものである。この時のヘリウム圧力は14MPaGであった。測定に用
いた本発明の弁座構造の弁口径は比較に用いたカシメ式弁座構造の弁口径の二倍であるにもかかわらず、本発明の弁座構造の高圧ヘリウム透過量はカシメ式弁座構造のものよりも少ない結果となった。
14MPaGの例を示したが、それ以上においても下流における圧力上昇は認められない。
FIG. 5 shows an example in which the permeation amount of the valve seat of high pressure helium is measured. In this example, high pressure helium was connected upstream of the valve, and a helium leak detector was connected downstream of the valve, and the amount of helium permeated was measured while the valve was closed. The helium pressure at this time was 14 MPaG. Although the valve diameter of the valve seat structure of the present invention used for measurement is twice the valve diameter of the caulking type valve seat structure used for comparison, the high-pressure helium permeation amount of the valve seat structure of the present invention is the caulking type. The result was less than that of the valve seat structure.
An example of 14MPaG, but the pressure rise is not observed in the downstream in the more.
1 弁座
1a 頭部
1d 段差
2 保持具
2s ストッパ
3 弁箱
4 一次側通路
4a 口
4b 口
5 二次側通路
5a 口
5b 口
6 ダイヤフラム
7 補強部材
7a ガスケット
9 空間
10 開口
1 Valve seat 1a head
Claims (7)
該弁座が金属ダイヤフラムと接する弁座部以外は弁座補強部材と弁座保持具により囲まれて構成される弁座構造。 A resin valve seat, a diaphragm that comes into contact with and disengages from the head of the valve seat, a metal valve seat reinforcement member that covers the valve seat, and the valve seat and the valve seat reinforcement member are pressed against the valve box A valve structure comprising a valve seat holder for holding
A valve seat structure configured such that the valve seat is surrounded by a valve seat reinforcing member and a valve seat holder except for the valve seat portion in contact with the metal diaphragm .
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