JP6857036B2 - 流体機器 - Google Patents

Description

本発明は、導電性樹脂材料により形成されたダイヤフラム部を備える流体機器に関する。

フッ素樹脂材料は、耐薬品性や耐汚染性に優れているため、半導体製造に用いる腐食性流体や純水等を流通させる流体機器に広く用いられている。
一方で、フッ素樹脂材料は、体積抵抗率が１０^１８Ω・ｃｍより大きく一般的に絶縁材料に分類される。そのため、フッ素樹脂材料を用いた流体機器の内部には、流体機器の内部に形成される流体流路と流体との摩擦による帯電が発生してしまう場合がある。

帯電の発生を予防するために、カーボンブラックや鉄粉などの導電性物質をフッ素樹脂材料に混入してフッ素樹脂材料に導電性を付与することが考えられる。しかしながら、導電性物質と流体との接触により導電性物質から金属イオンが溶出し、流体が汚染されてしまう可能性がある。
そこで、導電性物質を含有するフッ素樹脂組成物からなる導電部分を外周面にストライプ状に埋め込んで導電性を付与した帯電防止フッ素樹脂チューブが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に開示される帯電防止フッ素樹脂チューブは、導電性物質と流体とが接触しないため、導電性物質からの金属イオンの溶出により流体が汚染されることがない。

特開２００３−４１７６号公報

弁孔に挿入される弁体部の挿入量を調整することにより流体流路を流通する流体の流量を調整する流体機器が知られている。また、流体流路とそれに隣接する隣接空間とを隔離する薄膜状のダイヤフラム部を弁体部に連結した流体機器が知られている。
発明者らは、ダイヤフラム部を備える流体機器において、流体流路と流体との摩擦により内部に静電気が発生した場合、薄膜状のダイヤフラム部を形成する樹脂材料が絶縁破壊に至りやすいとの知見を得た。薄膜状のダイヤフラム部が絶縁破壊に至ると、流体流路を流通する流体がダイヤフラム部から流出してしまう不具合が発生する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、薄膜状のダイヤフラム部が絶縁破壊に至って流体流路を流通する流体がダイヤフラム部から流出してしまう不具合を抑制した流体機器を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる流体機器は、半導体製造装置に用いられる薬液を流通させる配管に設置され、軸線に沿って移動可能な弁体部と、前記弁体部が挿入される弁孔および前記薬液を流通させる流体流路が内部に形成された本体部と、前記弁体部に連結されて前記流体流路と該流体流路に隣接する隣接空間とを隔離する薄膜状のダイヤフラム部と、を備え、前記ダイヤフラム部の前記薬液に直接的に接触する部分が、粉末状のフッ素樹脂材料と該フッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを溶融混錬して成形された導電性フッ素樹脂材料により形成されており、該導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である。

本発明の一態様にかかる流体機器によれば、弁体部に連結された流体流路とそれに隣接する隣接空間とを隔離する薄膜状のダイヤフラム部が、体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である導電性フッ素樹脂材料により形成されている。導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率をダイヤフラム部と流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、ダイヤフラム部に帯電が発生することを抑制することができる。したがって、薄膜状のダイヤフラム部が絶縁破壊に至って流体流路を流通する流体がダイヤフラム部から流出してしまう不具合を抑制することができる。

本発明の一態様にかかる流体機器においては、前記導電性フッ素樹脂材料が、前記カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有する構成が好ましい。流体に直接的に接触するダイヤフラム部を形成する導電性フッ素樹脂材料に０．０２０重量％以上のカーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させることで、ダイヤフラム部に一定の導電性を付与して帯電を抑制することができる。これは、所定の長さを有するチューブ状のカーボンナノチューブを導電性物質として用いることで、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質に比べて少量で導電性を付与することができるためである。

また、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合を０．０３０重量％以下の微小な割合とすることにより、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質と比べ、流体流路と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
このように本構成の流体機器によれば、ダイヤフラム部と流体との摩擦による帯電とダイヤフラム部と流体との接触による流体の汚染の双方を抑制した流体機器を提供することができる。

本発明の一態様にかかる流体機器は、前記隣接空間に配置される金属部材を備える構成としてもよい。本構成の流体機器においては、ダイヤフラム部が帯電すると、ダイヤフラム部から隣接空間に配置される金属部材へ向けた放電現象が発生しやすい。放電現象が発生すると、ダイヤフラム部が絶縁破壊に至ってしまう可能性がある。本構成の流体機器は、金属部材が隣接して配置されるダイヤフラム部を形成する導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である。そのため、ダイヤフラム部の堆積抵抗率を流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、ダイヤフラム部に帯電が発生することを抑制することができる。

上記構成の流体機器においては、前記金属部材が、前記弁体部に前記軸線に沿った方向の付勢力を付与するスプリングであってもよい。このようにすることで、ダイヤフラム部から隣接空間に配置されるスプリングへ向けた放電現象が発生してダイヤフラム部が絶縁破壊に至る不具合を抑制することができる。

上記の流体機器は、前記スプリングおよび前記ダイヤフラム部に接触した状態で取り付けられる金属製の導通部材を備えていてもよい。このようにすることで、スプリングがダイヤフラム部と同電位に維持され、ダイヤフラム部から隣接空間に配置されるスプリングへ向けた放電現象の発生が抑制される。

本発明の一態様にかかる流体機器は、前記本体部が、前記導電性フッ素樹脂材料により形成されていてもよい。このようにすることで、本体部の体積抵抗率を本体部と流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、本体部に帯電が発生することを抑制することができる。したがって、本体部が帯電して絶縁破壊に至る不具合を抑制することができる。

本発明の一態様にかかる流体機器は、前記弁体部と該弁体部に連結される前記ダイヤフラム部とが、前記導電性フッ素樹脂材料により一体に形成されていてもよい。このようにすることで、タイヤフラム部およびダイヤフラム部と一体に形成される弁体部の体積抵抗率をこれらと流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、ダイヤフラム部および弁体部に帯電が発生することを抑制することができる。

本発明によれば、薄膜状のダイヤフラム部が絶縁破壊に至って流体流路を流通する流体がダイヤフラム部から流出してしまう不具合を抑制した流体機器を提供することができる。

第１実施形態の流量調整装置を示す正面図である。 図１に示す流量調整装置の右側面図である。 図１に示す流量調整装置の縦断面図である。 図３に示す弁体部および第１ダイヤフラム部の縦断面図である。 図３に示す第２ダイヤフラム部の縦断面図である。 図３に示す流量調整装置のIII-III矢視断面図である。 カーボンナノチューブの添加料と導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率との関係を示すグラフである。 通水時間とパーティクル数の関係を示すグラフである。 第２実施形態の流量調整装置を示す縦断面図である。 図９に示す弁体部およびダイヤフラム部の縦断面図である。 第３実施形態の流量調整装置を示す縦断面図である。 図１１に示す弁体部およびダイヤフラム部の縦断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の流量調整装置（流体機器）１００について図面を参照して説明する。本実施形態の流量調整装置１００は、半導体製造装置等に用いられる流体（薬液、純水等の液体）を流通させる配管に設置される流体機器である。
図１に示す流量調整装置１００の正面図には、図２に示す流量調整装置１００の右側面図におけるI-I矢視断面が部分的に示されている。また、図３は、図２に示す流量調整装置１００のII-II矢視断面図となっている。

図１から図３に示すように、流量調整装置１００は、本体部１１０と、上部ハウジング１２０と、下部ハウジング１３０と、導通部材１４０と、導通部材１４５と、締結ボルト１５０と、弁体部１６０と、第１ダイヤフラム部１７０と、スプリング（金属部材）１８０と、第２ダイヤフラム部１９０と、を備える。
以下、流量調整装置１００が備える各構成について説明する。

本体部１１０は、流入口１１１から流出口１１２へ流体を導く流体流路（後述する流体流路１１３，上流側流体室１１４，下流側流体室１１５）が内部に形成された部材である。後述するように、本体部１１０は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。

本体部１１０の内部に形成される流体流路は、流体流路１１３と、上流側流体室（流体流路）１１４と、下流側流体室（流体流路）１１５とを有する。流体流路１１３は、上流側配管（図示略）から流体が導かれる流入口１１１と連通した上流側流路１１３ａと、下流側配管（図示略）へ流体を導く流出口１１２と連通した下流側流路１１３ｂとを有する。上流側流路１１３ａに流入した流体は上流側流体室１１４へ導かれ、上流側流体室１１４へ導かれた流体は下流側流体室１１５へ導かれ、下流側流体室１１５へ導かれた流体は下流側流路１１３ｂへ導かれる。

上部ハウジング１２０は、本体部１１０の上方に配置されるとともに本体部１１０との間に形成される空間に第２ダイヤフラム部１９０を収容する部材である。
下部ハウジング１３０は、本体部１１０の下方に配置されるとともに本体部１１０との間に形成される空間に弁体部１６０および第１ダイヤフラム部１７０を収容する部材である。
図１に示すように、本体部１１０と、上部ハウジング１２０と、下部ハウジング１３０とは、本体部１１０を挟んだ状態で上部ハウジング１２０と下部ハウジング１３０とを締結ボルト１５０により締結することにより、一体化されている。

導通部材１４０は、本体部１１０と上部ハウジング１２０との間に本体部１１０に接触した状態で取り付けられる金属製の部材である。導通部材１４０は、接地電位に維持される接地ケーブル１０に接続されている。
導通部材１４５は、後述する金属製のスプリング１８０と導電性が付与された第１ダイヤフラム部１７０とを電気的に接続することで、スプリング１８０と第１ダイヤフラム部１７０とを同電位に維持する部材である。図３に示すように、導通部材１４５は、接地電位に維持される接地ケーブル１１に接続されている。そのため、スプリング１８０および第１ダイヤフラム部１７０は、それぞれ接地電位に維持される。

弁体部１６０は、図３に示すように、軸線Ｘ１に沿った軸状に形成されるとともに上流側流体室１１４から下流側流体室１１５へ流体を導く弁孔１１５ａに挿入される部材である。弁体部１６０は、後述する圧力室１２１が発生させる対向力により、軸線Ｘ１に沿って移動可能となっている。
上流側流体室１１４は、上流側流路１１３ａと連通するとともに弁体部１６０を軸線Ｘ１回りに取り囲むように形成される環状の空間である。下流側流体室１１５は、上流側流体室１１４および下流側流路１１３ｂと連通するとともに本体部１１０と第２ダイヤフラム部１９０の下面との間に形成される空間である。

第１ダイヤフラム部１７０は、図４に示すように、上流側流体室１１４に配置された弁体部１６０の下端部１６０ｂの外周面に連結される薄膜部１７１と、薄膜部１７１の外周側に連結される基部１７２とを有する部材である。
第１ダイヤフラム部１７０は、後述する導電性フッ素樹脂材料により弁体部１６０と一体に形成されている。薄膜部１７１は、軸線Ｘ１回りに環状に形成されるとともに０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚さの薄膜状に形成されている。そのため、薄膜部１７１は、弁体部１６０が軸線Ｘ１に沿って移動することに応じて変形する可撓性を有する。

図３に示すように、第１ダイヤフラム部１７０は、本体部１１０と下部ハウジング１３０との間に基部１７２が挟まれた状態で配置される部材である。第１ダイヤフラム部１７０は、その上面と本体部１１０との間に上流側流体室１１４を形成するとともに、その下面と下部ハウジング１３０との間にスプリング収容室（隣接空間）１３１を形成する。
このように、第１ダイヤフラム部１７０は、弁体部１６０に連結されて上流側流体室１１４と上流側流体室１１４に隣接するスプリング収容室１３１とを隔離する。

スプリング（金属部材）１８０は、弁体部１６０の軸線Ｘ１に沿って弁体部１６０を弁孔１１５ａへ接触させる方向の付勢力を発生させる金属製（例えば、ステンレス製）の部材である。スプリング１８０の下端部はスプリング収容室１３１の一部を形成する下部ハウジング１３０に接触した状態で配置され、スプリング１８０の上端部はスプリング支持部１８５に接触した状態で配置される。スプリング支持部１８５の上端は弁体部１６０の下端部１６０ｂに連結されている。そのため、スプリング１８０が発生させる付勢力は、スプリング支持部１８５を介して弁体部１６０の下端部１６０ｂに伝達される。

第２ダイヤフラム部１９０は、図３および図５に示すように、下流側流体室１１５へ挿入された弁体部１６０の上端部１６０ａに連結される円板状の基部１９１と、基部１９１の外周側に連結されるとともに軸線Ｘ１回りに環状に形成される薄膜部１９２とを有する部材である。
第２ダイヤフラム部１９０は、後述する導電性フッ素樹脂材料により基部１９１および薄膜部１９２を一体に形成したものである。また、薄膜部１９２は、０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚さの薄膜状に形成されている。そのため、薄膜部１９２は、弁体部１６０が軸線Ｘ１に沿って移動することに応じて変形する可撓性を有する。

図３に示すように、第２ダイヤフラム部１９０は、本体部１１０と上部ハウジング１２０との間に挟まれた状態で配置される部材である。第２ダイヤフラム部１９０は、その下面と本体部１１０との間に下流側流体室１１５を形成するとともに、その上面と上部ハウジング１２０との間に圧力室（隣接空間）１２１を形成する。
このように、第２ダイヤフラム部１９０は、弁体部１６０に連結されて下流側流体室１１５と下流側流体室１１５に隣接する圧力室１２１とを隔離する。

圧力室１２１は、外部の圧縮空気供給源（図示略）から空気導入部１２２を介して圧縮空気が導入される空間となっている。圧力室１２１は、導入された圧縮空気により、弁体部１６０を軸線Ｘ１に沿って弁孔１１５ａから離間させる方向の対向力を発生させる。
流量調整装置１００は、圧力室１２１が発生させる対向力を調整することにより、弁孔１１５ａと弁体部１６０との間に形成される間隙（縮径部）１１６の断面積を調整する。間隙１１６の断面積が大きくなると間隙１１６を流通する流体の流量が増加し、間隙１１６の断面積が小さくなると間隙１１６を流通する流体の流量が減少する。弁孔１１５ａと弁体部１６０とが接触した遮断状態においては、間隙１１６を流通する流体の流量がゼロとなる。

間隙１１６は、上流側流体室１１４と下流側流体室１１５との間に配置されるとともに本体部１１０に形成される流体流路の流路断面積を局所的に減少させる縮径部となっている。そのため、間隙１１６の断面積が小さくなって間隙１１６を通過する流体の流速が上昇すると、間隙１１６の近傍の本体部１１０と流体との摩擦により本体部１１０に帯電が発生し易い状態となる。

下流側流体室１１５は、図６に示すように、間隙１１６を通過した流体を連通流路１１５ｂから導入し、下流側流路１１３ｂと連通する流出孔１１５ｃへ導く流路となっている。下流側流体室１１５は、連通流路１１５ｂから流入する流体を流出孔１１５ｃに至るまで軸線Ｘ１回りに略一周に渡って一定の流路形状が維持される流路となっている。そのため、下流側流体室１１５の各位置での流体の流速が略一定となって安定した流れが形成され、不安定な流れによる不具合を抑制することができる。

連通流路１１５ｂは、流出孔１１５ｃと隣接する位置に配置される阻止壁１１５ｄに隣接しかつ阻止壁１１５ｄにより流出孔１１５ｃから隔離された位置に流体を導く。阻止壁１１５ｄは、連通流路１１５ｂから下流側流体室１１５へ流入した流体が流出孔１１５ｃへ最短距離で導かれることを阻止するとともに、下流側流体室１１５を流通して流出孔１１５ｃへ到達した流体が下流側流体室１１５を周回して再び連通流路１１５ｂが設けられる位置に到達することを阻止する。

次に、本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０を形成する材料について説明する。
前述したように、本体部１１０の内部には流体流路が形成されており、流体流路を通過する流体と本体部１１０との摩擦により本体部１１０に帯電が発生し易い。特に、間隙１１６の近傍においては、流体の流速が上昇するため、帯電の発生し易さが顕著である。
また、第１ダイヤフラム部１７０の薄膜部１７１および第２ダイヤフラム部１９０の薄膜部１９２は、それぞれ薄膜状に形成されるため薄膜部１７１および薄膜部１９２が流体との摩擦により帯電すると絶縁破壊に至りやすい。

そこで、本実施形態においては、本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０に導電性を付与してこれらに帯電が発生すること抑制している。
具体的には、導通部材１４０を介して本体部１１０を接地ケーブル１０に電気的に接続することにより、本体部１１０が接地電位に維持される。また、導通部材１４５を介して第１ダイヤフラム部１７０を接地ケーブル１１に電気的に接続することにより、第１ダイヤフラム部１７０と弁体部１６０と第２ダイヤフラム部１９０とが接地電位に維持される。弁体部１６０と第２ダイヤフラム部１９０が接地電位に維持されるのは、弁体部１６０が第１ダイヤフラム部１７０に連結され、第２ダイヤフラム部１９０が弁体部１６０に連結されるからである。

本実施形態の本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。一方、上部ハウジング１２０、下部ハウジング１３０、スプリング支持部１８５は、カーボンナノチューブが分散されていない非導電性フッ素樹脂材料により形成されている。

ここで、フッ素樹脂材料とは、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）である。
フッ素樹脂材料としては、粉末状のもの（例えば、旭硝子製のＰＴＦＥ Ｇ１６３）を用いることができる。

また、カーボンナノチューブとしては、例えば、以下の特性を備えるものを用いるのが望ましい。
・５０μｍ以上かつ１５０μｍ以下の繊維長を有する。
・５ｎｍ以上かつ２０ｎｍ以下の繊維径を有する。
・１０ｍｇ／ｃｍ^３以上かつ７０ｍｇ／ｃｍ^３以下の嵩密度を有する。
・Ｇ／Ｄ比が０．７以上かつ２．０以下である。
・純度が９９．５％以上である。
・多層（例えば、４〜１２層）に形成されている。
ここで、カーボンナノチューブの繊維長を５０μｍ以上としているのは、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた場合に、少量で十分な導電性を付与するためである。

また、Ｇ／Ｄ比とは、カーボンナノチューブのラマンスペクトルに現れるＧ−ｂａｎｄのピークとＤ−ｂａｎｄのピークの比を示す値である。Ｇ−ｂａｎｄはグラファイト構造に由来するものであり、Ｄ−ｂａｎｄは欠陥に由来するものである。Ｇ／Ｄ比は、カーボンナノチューブの欠陥濃度に対する結晶の純度の比率を示している。

発明者等は、フッ素樹脂材料に分散させるカーボンナノチューブの添加量〔重量％〕と、フッ素樹脂材料とそれに分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率〔Ω・ｃｍ〕との関係について調べたところ、図７に示す結果を得た。
図７に示す結果は、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に規定される「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に基づいて試験片の体積抵抗率を測定した結果である。

試験片として、混練機により溶融混練した後に圧縮成形機により圧縮成形したものを、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠したサイズに加工したものを複数作成した。
試験片を作成するのに用いたフッ素樹脂材料は、旭硝子製のＰＴＦＥ Ｇ１６３である。

また、体積抵抗率の測定には、ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準拠した４探針法を用いる抵抗率計を用いた。４探針法は、試験片に４本の針状の探針（電極）を接触させ，外側の２本の探針間に流した電流と内側の２本の探針間に生じる電位差とから試験片の抵抗を求める方法である。
体積抵抗率は、複数の試験片それぞれから複数箇所で得た測定値を平均化することにより算出した。

図７に示す結果によれば、カーボンナノチューブの添加量を０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の範囲とすることにより、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満の範囲となった。この体積抵抗率の値は、カーボンナノチューブが分散されていないフッ素樹脂材料の体積抵抗率の値（１０^１８Ω・ｃｍ）に比べて十分に低い。

発明者等は、カーボンナノチューブの添加量を０．０２５重量％とした導電性フッ素樹脂材料で本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０を形成した流量調整装置１００を用い、流体流路１１３に５０ｋＰａの空気を流通させた状態で流体流路１１３に発生する帯電電圧を測定した。その結果は、流体流路１１３に発生する帯電電圧は、約０．２ｋＶで維持される測定結果となった。

一方、カーボンナノチューブを添加しないフッ素樹脂材料で本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０を形成した比較例の流量調整装置を用い、流体流路１１３に５０ｋＰａの空気を流通させた状態で流体流路１１３に発生する帯電電圧を測定した。その結果は、流体流路１１３に発生する帯電電圧は、約３．０ｋＶ以上で維持される測定結果となった。
また、比較例の流量調整装置において、更に導通部材１４０を接地ケーブル１０に接続しない状態とした場合、流体流路１１３に発生する帯電電圧は、約１６．０ｋＶ以上で維持される測定結果となった。

以上の結果から、本実施形態においては、流量調整装置１００の本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０を形成する導電性フッ素樹脂材料が、カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有するものとした。また、本体部１１０が、導通部材１４０を介して接地ケーブル１０に接続されるようにした。また、第１ダイヤフラム部１７０が、導通部材１４５を介して接地ケーブル１１に接続されるようにした。これにより、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満の範囲となり、流体流路１１３に発生する帯電電圧を約０．２ｋＶという低い値に維持することができる。

また、発明者等は、カーボンナノチューブの添加量を０．０２５重量％とした導電性フッ素樹脂材料で本体部１１０、弁体部１６０、第１ダイヤフラム部１７０、および第２ダイヤフラム部１９０を形成した流量調整装置１００を用い、流体流路１１３を流通する流体に含有される微粒子（パーティクル）を測定した。図８は、流体流路１１３に純水を流通させた通水時間とパーティクルカウンター（図示略）により測定されるパーティクル数の関係を示す測定結果である。

ここで、パーティクル数とは、純水１ｍｌあたりに含まれる０．０４μｍ以上のサイズのパーティクルの数をいう。
また、図８に示す測定においては、流体流路１１３を流通する純水の流量を０．５リットル／分とした。また、弁体部１６０を弁孔１１５ａに接触させて純水の流通を遮断する遮断状態と、弁体部１６０を弁孔１１５ａから離間させて純水の流通を流通させる流通状態とを５秒間隔で切り替えた。また、純水の温度は２５℃とした。

図８では図示を省略しているが、測定開始時（通水時間がゼロ）におけるパーティクル数は約３４０個であった。その後、通水時間の経過とともにパーティクル数が徐々に減少し、通水時間が３時間を経過した後は、１０個以下に維持されている。
このように、本実施形態の本体部１１０は、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が０．０３０重量％以下の微小な割合であるため、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質とは異なり、流体流路１１３と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。

以上説明した本実施形態の流量調整装置１００が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の流量調整装置１００によれば、弁体部１６０に連結されて上流側流体室１１４とそれに隣接するスプリング収容室１３１とを隔離する第１ダイヤフラム部１７０が、体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である導電性フッ素樹脂材料により形成されている。また、弁体部１６０に連結されて下流側流体室１１５とそれに隣接する圧力室１２１とを隔離する第２ダイヤフラム部１９０が、体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である導電性フッ素樹脂材料により形成されている。

このように、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率を第１ダイヤフラム部１７０と流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、第１ダイヤフラム部１７０に帯電が発生することを抑制することができる。同様に、導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率を第２ダイヤフラム部１９０と流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、第２ダイヤフラム部１９０に帯電が発生することを抑制することができる。
しがって、ダイヤフラム部が絶縁破壊に至って流体流路を流通する流体がダイヤフラム部から流出してしまう不具合を抑制することができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００は、導電性フッ素樹脂材料が、カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有する。流体に直接的に接触するダイヤフラム部を形成する導電性フッ素樹脂材料に０．０２０重量％以上のカーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させることで、ダイヤフラム部に一定の導電性を付与して帯電を抑制することができる。これは、所定の長さを有するチューブ状のカーボンナノチューブを導電性物質として用いることで、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質に比べて少量で導電性を付与することができるためである。

また、導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合を０．０３０重量％以下の微小な割合とすることにより、カーボンブラックや鉄粉等の他の粒状の導電性物質と比べ、流体流路と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。
このように本実施形態の流量調整装置１００によれば、ダイヤフラム部と流体との摩擦による帯電とダイヤフラム部と流体との接触による流体の汚染の双方を抑制した流量調整装置を提供することができる。

本実施形態の流量調整装置１００は、スプリング収容室１３１に配置される金属製のスプリング１８０を備える。本実施形態の流量調整装置１００においては、第１ダイヤフラム部１７０が帯電すると、第１ダイヤフラム部１７０の薄膜部１７１からスプリング収容室１３１に配置されるスプリング１８０へ向けた放電現象が発生しやすい。放電現象が発生すると、第１ダイヤフラム部１７０が絶縁破壊に至ってしまう可能性がある。本実施形態の流量調整装置１００は、スプリング１８０が隣接して配置される第１ダイヤフラム部１７０を形成する導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である。そのため、第１ダイヤフラム部１７０の体積抵抗率を流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、第１ダイヤフラム部１７０に帯電が発生することを抑制することができる。

また、本実施形態の流量調整装置１００は、スプリング１８０および第１ダイヤフラム部１７０に接触した状態で取り付けられる金属製の導通部材１４５を備える。このようにすることで、スプリング１８０が第１ダイヤフラム部１７０と同電位に維持され、第１ダイヤフラム部１７０からスプリング収容室１３１に配置されるスプリング１８０へ向けた放電現象の発生が抑制される。

また、本実施形態の流量調整装置１００は、本体部１１０が、導電性フッ素樹脂材料により形成されている。このようにすることで、本体部１１０の体積抵抗率を本体部１１０と流体との摩擦による帯電を抑制するのに十分な値とし、本体部１１０に帯電が発生することを抑制することができる。したがって、本体部１１０が帯電して絶縁破壊に至る不具合を抑制することができる。

以上の説明においては、本体部１１０が導電性フッ素樹脂材料により形成されるものとしたが、本体部１１０が非導電性フッ素樹脂材料により形成されていてもよい。この場合、弁体部１６０と第１ダイヤフラム部１７０と第２ダイヤフラム部１９０とが、導電性フッ素樹脂材料により形成される。この場合であっても、薄膜部１７１および薄膜部１９２が導電性フッ素樹脂材料により形成されるので、特に絶縁破壊に至りやすい薄膜部１７１および薄膜部１９２の帯電を適切に抑制することができる。

以上の説明においては、上部ハウジング１２０、下部ハウジング１３０、およびスプリング支持部１８５を、カーボンナノチューブが分散されていない非導電性フッ素樹脂材料により形成するものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、スプリング支持部１８５を導電性フッ素樹脂材料により形成してもよい。この場合、薄膜部１７１がスプリング支持部１８５を介してスプリング１８０に電気的に接続されるため、薄膜部１７１とスプリング１８０との間で絶縁破壊が発生する不具合をより確実に抑制することができる。
また、例えば、上部ハウジング１２０、下部ハウジング１３０、およびスプリング支持部１８５のすべてを、導電性フッ素樹脂材料により形成してもよい。このようにすることで、流量調整装置１００を構成する各部材が帯電することによる不具合をより確実に抑制することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態の流量調整装置２００について図面を参照して説明する。本実施形態の流量調整装置２００は、半導体製造装置等に用いられる流体（薬液、純水等の液体）を流通させる配管に設置される流体機器である。

図９に示すように、流量調整装置２００は、本体部２１０と、上部ハウジング２２０と、下部ハウジング２３０と、弁体部２６０と、ダイヤフラム部２７０と、金属製（例えば、ステンレス製）のスプリング（金属部材）２８０と、を備える。
図９に示すように、本体部２１０と、上部ハウジング２２０と、下部ハウジング２３０とは、本体部２１０を挟んだ状態で上部ハウジング２２０と下部ハウジング２３０とを締結ボルト２５０により締結することにより、一体化されている。

本体部２１０は、流入口２１１から流出口２１２へ流体を導く上流側流路２１３、流体室２１４、および下流側流路２１５が内部に形成された部材である。本体部２１０は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。ここで、第２実施形態の導電性フッ素樹脂材料は、第１実施形態の導電性フッ素樹脂材料と同様であるものとする。
本体部２１０は、金属製の導通部材（図示略）により設置電位に維持される接地ケーブル（図示略）に接続されて接地電位に維持されている。

弁体部２６０は、図１０に示すように、軸線Ｘ２に沿った軸状に形成されるとともに上流側流路２１３から流体室２１４へ流体を導く弁孔２１４ａに挿入される部材である。弁体部２６０は、後述する圧力室２２１が発生させる対向力により、軸線Ｘ２に沿って移動可能となっている。
流体室２１４は、上流側流路２１３および下流側流路２１５と連通するとともに本体部２１０とダイヤフラム部２７０の下面との間に形成される空間である。

ダイヤフラム部２７０は、図１０に示すように、流体室２１４に配置された弁体部２６０の外周面に連結される薄膜部２７１と、薄膜部２７１の外周側に連結される基部２７２とを有する部材である。
ダイヤフラム部２７０は、導電性フッ素樹脂材料により弁体部２６０と一体に形成されている。薄膜部２７１は、軸線Ｘ２回りに環状に形成されるとともに０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚さの薄膜状に形成されている。そのため、薄膜部２７１は、弁体部２６０が軸線Ｘ２に沿って移動することに応じて変形する可撓性を有する。

図９に示すように、ダイヤフラム部２７０は、本体部２１０と下部ハウジング２３０との間に基部２７２が挟まれた状態で配置される部材である。ダイヤフラム部２７０は、その下面と本体部２１０との間に流体室２１４を形成するとともに、その上面と上部ハウジング２２０との間に隣接空間２３１を形成する。
このように、ダイヤフラム部２７０は、弁体部２６０に連結されて流体室２１４と流体室２１４に隣接する隣接空間２３１とを隔離する。

スプリング（金属部材）２８０は、弁体部２６０の軸線Ｘ２に沿って弁体部２６０を弁孔２１４ａから離間させる方向の付勢力を発生させる金属製（例えば、ステンレス製）の部材である。スプリング２８０の下端部は上部ハウジング２２０に接触した状態で配置され、スプリング２８０の上端部はピストン部２８５に接触した状態で配置される。ピストン部２８５の下端は弁体部２６０の上端に連結されている。そのため、スプリング２８０が発生させる付勢力は、ピストン部２８５を介して弁体部２６０の上端に伝達される。

本実施形態の流量調整装置２００は、本体部２１０の内部に流体流路が形成されており、流体流路を通過する流体と本体部２１０との摩擦により本体部２１０に帯電が発生し易い。また、ダイヤフラム部２７０の薄膜部２７１が薄膜状に形成されるため、薄膜部２７１が流体との摩擦により帯電するとスプリング２８０との間で絶縁破壊に至りやすい。そこで、本実施形態においては、本体部２１０、弁体部２６０、およびダイヤフラム部２７０に導電性を付与してこれらに帯電が発生すること抑制している。
具体的には、導通部材（図示略）を介して本体部２１０を接地ケーブル（図示略）に電気的に接続することにより、本体部２１０、弁体部２６０、およびダイヤフラム部２７０が接地電位に維持される。

本実施形態の本体部２１０、弁体部２６０、およびダイヤフラム部２７０は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。一方、上部ハウジング２２０、下部ハウジング２３０、ピストン部２８５は、カーボンナノチューブが分散されていない非導電性フッ素樹脂材料により形成されている。

以上の説明においては、本体部２１０が導電性フッ素樹脂材料により形成されるものとしたが、本体部２１０が非導電性フッ素樹脂材料により形成されていてもよい。この場合、弁体部２６０とダイヤフラム部２７０とが、導電性フッ素樹脂材料により形成される。また、この場合、弁体部２６０およびダイヤフラム部２７０は、金属製の導通部材（図示略）により設置電位に維持される接地ケーブル（図示略）に接続されて接地電位に維持されている。本実施形態によれば、薄膜部２７１が導電性フッ素樹脂材料により形成されるので、特に絶縁破壊に至りやすい薄膜部２７１の帯電を適切に抑制することができる。

以上の説明においては、上部ハウジング２２０、下部ハウジング２３０、およびピストン部２８５を、カーボンナノチューブが分散されていない非導電性フッ素樹脂材料により形成するものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、ピストン部２８５を導電性フッ素樹脂材料により形成してもよい。この場合、薄膜部２７１がピストン部２８５を介してスプリング２８０に電気的に接続されるため、薄膜部２７１とスプリング２８０との間で絶縁破壊が発生する不具合をより確実に抑制することができる。
また、例えば、上部ハウジング２２０、下部ハウジング２３０、およびピストン部２８５のすべてを、導電性フッ素樹脂材料により形成してもよい。このようにすることで、流量調整装置２００を構成する各部材が帯電することによる不具合をより確実に抑制することができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態の流量調整装置３００について図面を参照して説明する。本実施形態の流量調整装置３００は、半導体製造装置等に用いられる流体（薬液、純水等の液体）を流通させる配管に設置される流体機器である。

図１１に示すように、流量調整装置３００は、本体部３１０と、上部ハウジング３２０と、下部ハウジング３３０と、弁体部３６０と、ダイヤフラム部３７０と、弁体部３６０を軸線Ｘ３に沿って移動させるモータ３９０と、金属製（例えば、ステンレス製）のモータ支持部（金属部材）３８０と、を備える。

本体部３１０は、流入口３１１から流出口３１２へ流体を導く上流側流路３１３、流体室３１４、および下流側流路３１５が内部に形成された部材である。本体部３１０は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。ここで、第３実施形態の導電性フッ素樹脂材料は、第１実施形態の導電性フッ素樹脂材料と同様であるものとする。
本体部３１０は、金属製の導通部材（図示略）により設置電位に維持される接地ケーブル（図示略）に接続されて接地電位に維持されている。

弁体部３６０は、図１１に示すように、軸線Ｘ３に沿った軸状に形成されるとともに上流側流路３１３から流体室３１４へ流体を導く弁孔３１４ａに挿入される部材である。弁体部３６０は、モータ３９０の駆動力により、軸線Ｘ３に沿って移動可能となっている。
流体室３１４は、上流側流路３１３および下流側流路３１５と連通するとともに本体部３１０とダイヤフラム部３７０の下面との間に形成される空間である。

ダイヤフラム部３７０は、図１２に示すように、流体室３１４に配置された弁体部３６０の外周面に連結される薄膜部３７１と、薄膜部３７１の外周側に連結される基部３７２とを有する部材である。
ダイヤフラム部３７０は、導電性フッ素樹脂材料により弁体部３６０と一体に形成されている。薄膜部３７１は、軸線Ｘ３回りに環状に形成されるとともに０．２ｍｍから０．５ｍｍの厚さの薄膜状に形成されている。そのため、薄膜部３７１は、弁体部３６０が軸線Ｘ３に沿って移動することに応じて変形する可撓性を有する。

図１１に示すように、ダイヤフラム部３７０は、本体部３１０と下部ハウジング３３０との間に基部３７２が挟まれた状態で配置される部材である。ダイヤフラム部３７０は、その下面と本体部３１０との間に流体室３１４を形成するとともに、その上面と上部ハウジング３２０との間に隣接空間３３１を形成する。
このように、ダイヤフラム部３７０は、弁体部３６０に連結されて流体室３１４と流体室３１４に隣接する隣接空間３３１とを隔離する。
モータ支持部（金属部材）３８０は、モータ３９０を本体部３１０に対して支持するための金属製（例えば、ステンレス製）の部材である。

本実施形態の流量調整装置３００は、本体部３１０の内部に流体流路が形成されており、流体流路を通過する流体と本体部３１０との摩擦により本体部３１０に帯電が発生し易い。また、ダイヤフラム部３７０の薄膜部３７１が薄膜状に形成されるため、薄膜部３７１が流体との摩擦により帯電するとモータ支持部３８０との間で絶縁破壊に至りやすい。そこで、本実施形態においては、本体部３１０、弁体部３６０、およびダイヤフラム部３７０に導電性を付与してこれらに帯電が発生すること抑制している。
具体的には、導通部材（図示略）を介して本体部３１０を接地ケーブル（図示略）に電気的に接続することにより、本体部３１０、弁体部３６０、およびダイヤフラム部３７０が接地電位に維持される。

本実施形態の本体部３１０、弁体部３６０、およびダイヤフラム部３７０は、フッ素樹脂材料とフッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている。一方、上部ハウジング３２０、下部ハウジング３３０は、カーボンナノチューブが分散されていない非導電性フッ素樹脂材料により形成されている。

以上の説明においては、本体部３１０が導電性フッ素樹脂材料により形成されるものとしたが、本体部３１０が非導電性フッ素樹脂材料により形成されていてもよい。この場合、弁体部３６０とダイヤフラム部３７０とが、導電性フッ素樹脂材料により形成される。また、この場合、弁体部３６０およびダイヤフラム部３７０は、金属製の導通部材（図示略）により設置電位に維持される接地ケーブル（図示略）に接続されて接地電位に維持されている。本実施形態によれば、薄膜部３７１が導電性フッ素樹脂材料により形成されるので、特に絶縁破壊に至りやすい薄膜部３７１の帯電を適切に抑制することができる。

以上の説明においては、上部ハウジング３２０および下部ハウジング３３０を、カーボンナノチューブが分散されていない非導電性フッ素樹脂材料により形成するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、上部ハウジング３２０および下部ハウジング３３０を、導電性フッ素樹脂材料により形成してもよい。このようにすることで、流量調整装置３００を構成する各部材が帯電することによる不具合をより確実に抑制することができる。

１０，１１ 接地ケーブル
１００ 流量調整装置（流体機器）
１１０ 本体部
１１１ 流入口
１１２ 流出口
１１３ 流体流路
１１３ａ 上流側流路
１１３ｂ 下流側流路
１１４ 上流側流体室（流体流路）
１１５ 下流側流体室（流体流路）
１１５ａ 弁孔
１１５ｂ 連通流路
１１５ｃ 流出孔
１１５ｄ 阻止壁
１１６ 間隙（縮径部）
１２０ 上部ハウジング
１２１ 圧力室（隣接空間）
１２２ 空気導入部
１３０ 下部ハウジング
１３１ スプリング収容室（隣接空間）
１４０，１４５ 導通部材
１５０ 締結ボルト
１６０ 弁体部
１６０ａ 上端部
１６０ｂ 下端部
１７０ 第１ダイヤフラム部
１７１ 薄膜部
１７２ 基部
１８０ スプリング（金属部材）
１８５ スプリング支持部
１９０ 第２ダイヤフラム部
１９１ 基部
１９２ 薄膜部
Ｘ１ 軸線

Claims (7)

1. 半導体製造装置に用いられる薬液を流通させる配管に設置される流体機器であって、
   軸線に沿って移動可能な弁体部と、
   前記弁体部が挿入される弁孔および前記薬液を流通させる流体流路が内部に形成された本体部と、
   前記弁体部に連結されて前記流体流路と該流体流路に隣接する隣接空間とを隔離する薄膜状のダイヤフラム部と、を備え、
   前記ダイヤフラム部の前記薬液に直接的に接触する部分が、粉末状のフッ素樹脂材料と該フッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを溶融混錬して成形された導電性フッ素樹脂材料により形成されており、
   該導電性フッ素樹脂材料の体積抵抗率が１．０×１０^３Ω・ｃｍより大きくかつ１．０×１０^４Ω・ｃｍ未満である流体機器。
2. 前記導電性フッ素樹脂材料が、前記カーボンナノチューブを０．０２０重量％以上かつ０．０３０重量％以下の割合で含有する請求項１に記載の流体機器。
3. 前記隣接空間に配置される金属部材を備える請求項１または請求項２に記載の流体機器。
4. 前記金属部材が、前記弁体部に前記軸線に沿った方向の付勢力を付与するスプリングである請求項３に記載の流体機器。
5. 前記スプリングおよび前記ダイヤフラム部に接触した状態で取り付けられる金属製の導通部材を備える請求項４に記載の流体機器。
6. 前記本体部が、前記導電性フッ素樹脂材料により形成されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流体機器。
7. 前記弁体部と該弁体部に連結される前記ダイヤフラム部とが、前記導電性フッ素樹脂材料により一体に形成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の流体機器。

Images