JPH05296355A

JPH05296355A - メタルダイアフラム弁

Info

Publication number: JPH05296355A
Application number: JP9528992A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kazama; 洋一郎風間; Akira Saito; 彰斎藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1993-11-09
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JP2698502B2

Abstract

(57)【要約】【目的】メタルダイアフラムと金属製弁座という金属
同士の接触でありながら良好なシール特性を備えたメタ
ルダイアフラム弁を提供すること。【構成】金属製の弁箱と、該弁箱と一体に形成された
弁座と、周縁部を前記弁箱に密封挾持すると共に中央部
が前記弁座に対し直接接離自在に対向するメタルダイア
フラムと、該メタルダイアフラムの中央部を前記弁座方
向に変位させる負荷手段とを有するメタルダイアフラム
弁において、前記メタルダイアフラムと弁座の各対向面
の硬さをビッカース硬さで表わしたとき、両者の硬さの
差をHv50〜400 にしたメタルダイアフラム弁。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はメタルダイアフラム弁に
関し、特に金属製の弁座に対しメタルダイアフラムを直
接着座あるいは離座させるオールメタル製のメタルダイ
アフラム弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置などの配管系に用
いられる開閉弁としては、弁内部流路に摩耗による微粒
子を生じるような摺動部がなく、かつデッドスペースの
ない弁が要求されていた。これを解決するものとして例
えば特開昭63−285373号や実開平２−29361 号等に開示
されたメタルダイアフラム弁がある。このメタルダイア
フラム弁は中央部が上方に膨出した金属製のメタルダイ
アフラムと樹脂製の弁座を有するもので、このメタルダ
イアフラムを弾性変形範囲内で変形させて、弁座に直接
着座あるいは離座させて弁を開閉するようにしたもので
あった。ところが、最近では半導体の高集積度化に伴な
い原料ガス中の不純物濃度がppb レベルを切るようなpp
t レベルであることが要求されるようになりつつある。
この要求に対しては、弁内部流路を形成する材料に吸着
する及びここから放出される水分や不純物を極少に抑え
ることが一つの解決策であり、また、課題となってい
る。ところが、上記した従来の樹脂製弁座を用いたメタ
ルダイアフラム弁では次のような問題がある。Ａ）樹脂材料は本質的に吸湿性であるため、樹脂製弁座
に吸着、吸収された水分や不純物を完全に放出除去する
ことは困難である。Ｂ）高温でのベーキングに限界がある。Ｃ）高腐食性で多種にわたる原料ガスに対し耐食性に不
安がある。

【０００３】以上のようなことから最近では次のような
構成のメタルダイアフラム弁が最適であると考えられる
ようになってきた。ａ）弁座を弁箱と一体に形成した金属製弁座とする。ｂ）流体との接触面全てを鏡面仕上げにすること。ｃ）なお、樹脂製弁座と同等あるいはそれ以上のシール
特性（１×10-⁷〜10-⁹ａtｍcc/sec程度）を有するこ
と。従って、メタルダイアフラムと金属製弁座という金属同
士の接触でありながら従来と同等あるいはそれ以上のシ
ール特性を要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、金属同士の
接触の場合シール特性を上げる要素としては、メタルダ
イアフラムと金属製弁座との接触面の表面状態、即ち表
面粗さに依存するところが大である。この接触面の表面
粗さは通常Ｒmax 0.1 μｍ程度までは可能であるが、要
求されるシール性能を達成するには、これよりもさらに
１桁上のレベルに仕上げなければならない。従って、極
めて高い精度の鏡面仕上げが必要となり、設備の面及び
コストの面などで問題がある。

【０００５】またシール特性を改善する他の手段とし
て、接触面の一方に軟質金属をコーテイングすることが
考えられている（特開平２−266171号参照）。しかしな
がら、軟質金属では耐久性に劣るため短時間で剥離した
り、あるいは摩耗によって微粒子を生ずるなどの不具合
がある。本発明は上記のような問題点を解決するために
なされたもので、金属同士の接触でありながら、低コス
トで耐久性があり良好なシール特性を備えたメタルダイ
アフラム弁を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本考案は、金属製の弁箱
と、該弁箱と一体に、あるいは別体に形成された金属製
弁座と、周縁部を前記弁箱に密封挾持すると共に中央部
が前記弁座に対し直接接離自在に対向するメタルダイア
フラムと、該メタルダイアフラムの中央部を前記弁座方
向に変位させる負荷手段とを有するメタルダイアフラム
弁において、前記メタルダイアフラムと弁座の各対向面
の硬さをビッカース硬さで表わしたとき、両者の硬さの
差をHv50〜400 にしたもので、この硬さの差はメタルダ
イアフラムの硬さをHv300 〜500 、弁座の硬さをHv100
〜400 とした範囲の中からそれぞれ選択して得るもので
ある。

【０００７】

【作用】本発明は、以上のようにメタルダイアフラムと
金属製弁座の接触面に互いに適度な硬度差をもたせたの
で、閉弁時に上記メタルダイアフラムと弁座が相互に圧
接された場合、硬い方の部材の表面状態に合せて軟らか
い部材の表面が微細に変形し、その後お互いの表面状態
が整合して密に接触するようになり、いわゆるなじみ性
を発揮してシール性能が向上する。またパーティクルの
発生が抑えられる。

【０００８】硬さの差については、弁座側よりもメタル
ダイヤフラムの接触面を硬くすることが効果的で、硬さ
の差がHv50以下では一方の面に沿うような微細な変形が
生じることがなく、なじみ効果がでてこないので漏れ量
が減少して行かない。またHv400 以上とすると、比較的
少ない開閉回数で軟らかい方の接触面が必要以上に変形
してしまい漏れ量が再び大きくなり耐久性に問題があ
る。好ましい範囲としてはHv100 〜200 程度が良い。

【０００９】またメタルダイアフラムの硬さをHv300 〜
500 の範囲から選ぶようにしたのは、Hv300 以下とする
と、押圧時にダイアフラムに過大な変形を生じ、シール
性能を損う場合があるとともに、ダイアフラムのばね定
数が低下し開弁時にメタルダイヤフラム自身が弾性復起
しなくなる場合があるからである。一方Hv500 以上とす
ると、逆に閉弁時にメタルダイヤフラムを押す力が大き
くなりすぎるためで、以上のように上記の範囲を越える
とメタルダイヤフラム自身の弾性特性が変化し好ましく
ないためである。一方弁座の硬さをHv100 〜400 とした
のは、Hv100 以下では軟らかすぎて変形が激しいこと、
またHv400 は弁座面を加工した場合の加工硬化による自
然発生的な硬度で、これ以上硬くするには、また別の手
段が必要となりコスト面で不都合なためである。また、
別の手段として、メタルダイアフラムに薄膜を成形して
見かけ上の硬度差をつける方法で行ってもよい。薄膜の
材質は、比較的軟かく、かつ安定なAuなどが考えられ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は手動開閉型のメタルダイアフラム弁
の全閉状態を示す縦断面図である。１はメタルダイアフ
ラム弁の弁箱で耐食性のあるステンレス材よりなる。左
側に流入流路２、右側に流出流路３がそれぞれ略Ｌ字状
に形成され、これらの流路は上部の開口部で互いに連通
されるようになっている。流入流路２の上端部には上方
に突出する凸状の環状弁座４が弁箱１と一体に形成され
ている。弁箱１の上部開口部の周縁には段差面を形成
し、ここに後述するメタルダイアフラム５の周縁部を載
置し、ダイアフラム押え６を介してふた７を弁箱１に対
し螺合することにより、メタルダイアフラム５の周縁部
を弁箱１に密封挾持する。これによって密封された流体
室11が形成される。

【００１１】メタルダイアフラム５は、弾性変形可能な
適宜の金属材料からなり、その中央部が上方に膨出した
形状で２乃至３枚を重ねて用いる。そして、中央部が上
記弁座と直接接離（着座あるいは離座）自在に対向して
開閉作用をなし得るように上記の通り配置される。一方
負荷手段10は、ふた７の中央の貫通孔に嵌合し、一部で
ねじ螺合する弁棒８と、この弁棒８の外端部に設けられ
たハンドル９を備えている。ここで弁棒は空圧等の流体
圧や磁力などによって昇降させてもよい。また弁棒８の
先端面は適宜な曲面形状となっているが、この曲面状の
端面とメタルダイアフラム５との間に軟質材からなる押
圧部材を介在させてもよい。

【００１２】そして、ハンドル９を回転することによっ
て弁棒８が昇降し、メタルダイアフラムの中央部が弁座
に接離して弁が開閉されるようになっている。すなわ
ち、弁棒８を下降させると曲面状の最下端面はメタルダ
イアフラム５を押圧し、メタルダイアフラムは弾性変形
し中央部は下方に移動するが、ここでメタルダイアフラ
ムの弾性変形の範囲内で中央部が弁座４に圧接して弁が
閉状態となるようにメタルダイアフラムと弁座との間隔
すなわちリフトを定める。そして、この後弁棒８を上昇
させたときにはメタルダイアフラム５が弁棒８に追従し
て上昇し、元の形状に弾性復起するようにする。即ちメ
タルダイアフラムを弾性変形範囲内で変形させて弁を開
閉するようになっている。また、弁座４及びメタルダイ
アフラム５の接触面の表面粗さはＲmax 0.2 Мｍと、そ
れぞれ同程度の表面仕上げが施されており、その他の流
体接触面にも適宜の鏡面仕上げが施されている。

【００１３】以上のように構成されたメタルダイアフラ
ム弁において、メタルダイアフラムと弁座の硬さを変化
させた下表１の実施例についてヘリウム・リークディテ
クタによる漏洩試験を行った。試験品の硬さは、マイク
ロビッカース試験機によってそれぞれの接触面の硬さを
３点測定した平均を示し、これと同質のものを使用して
行った。また、比較例としてそれぞれ硬度差を変化させ
たものについても同様に行った。この結果を図２に示
す。なお、メタルダイアフラムはNi−Co系合金材からな
り、適宜時効処理（例えば圧延率を変化させて）を施し
て所望の硬さを得た。また弁座はSUS 316 L材からな
り、生材の状態から適宜バニッシング加工を施して所望
の硬さを得た。

【００１４】

【表１】

【００１５】図２の通り硬さの差がHv50〜400 以内にあ
る実施例No１，２，３は共に、従来と同等またはそれ以
上の漏れの領域に安定していることが認められる。これ
に対し、比較例のNo４（硬さの差が小）では漏れ量は開
閉回数を重ねてもほとんど変化がない。またNo５（硬さ
の差が大）では漏れが増加してくる傾向にあることが認
められる。以上のように、接触面の表面粗さがＲmax 0.
2 μｍ程度であっても適度な硬さの差を接触面に関係付
けることで漏れ量が低減できることがわかる。また、従
来例に比べパーティクルの発生量も減少することがわか
った。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、金属同士の接触であり
ながら低コストで耐久性があり、パーティクルの発生が
少なく良好なシール特性を備えたメタルダイアフラム弁
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例が適用されるメタルダイアフ
ラム弁の縦断面図である。

【図２】実施例と比較例の漏洩試験結果を示す線図で
ある。

【符号の説明】

１…弁箱２…流入流路３…流出流路４…弁座５…メタルダイアフラム６…ダイアフラム押え７…ふた８…弁棒９…ハンドル 10…負荷手段 11…流体室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の弁箱と、該弁箱と一体に、ある
いは別体に形成された金属製弁座と、周縁部を前記弁箱
に密封挾持すると共に中央部が前記弁座に対し直接接離
自在に対向するメタルダイアフラムと、該メタルダイア
フラムの中央部を前記弁座方向に変位させる負荷手段と
を有するメタルダイアフラム弁において、前記メタルダ
イアフラムと弁座の各対向面の硬さをビッカース硬さで
表わしたとき、両者の硬さの差をHv50〜400 にしたこと
を特徴とするメタルダイアフラム弁。
【請求項２】請求項１記載の硬さの差は、メタルダイ
アフラムの硬さをHv300 〜500 、弁座の硬さをHv100 〜
400 とし、それぞれ前記範囲の中から選択して得ること
を特徴とするメタルダイアフラム弁。