JPH06193748A - メタルシートダイアフラム弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パーティクルの発生が少なく、かつ良好なシ
ール性能を備えたメタルシートダイアフラム弁を提供す
ること。 【構成】 金属製の弁箱と、該弁箱内に設けた金属製の
弁座と、周縁部を密封挾持すると共に略中央部が前記弁
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略中央部を前記弁座方向に
押圧する負荷手段とを有するメタルシートダイアフラム
弁において、前記弁座を弁箱とは別体に着脱自在の弁座
体として設けると共に、この弁座体の表面に別途、前記
メタルダイアフラムの硬さより低い鏡面仕上げを施して
なることを特徴とするメタルシートダイアフラム弁。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置などに
用いられるメタルダイアフラム弁に関し、特に金属製の
弁座と金属製のダイアフラムとを直接着座あるいは離座
させるメタルシートダイアフラム弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置に使用されるプロセスガ
スの不純物濃度は、いまやPPtレベルが要求されるよう
になってきており、この配管系に使用されるメタルダイ
アフラム弁においてもリークフリーかつパーティクルフ
リーの要求が高まる一方である。 従来のメタルダイア
フラム弁（特開昭63−285373号参照）は、接ガス部に高
分子材料からなる弁座を使用しているため、ここから吸
着ガス等が放出されるという欠点があり、PPtレベルの
ような超高純度ガスの供給用としては限界がある。しか
し、この弁座を含む接ガス部を全て金属材料とすれば、
金属材料自体は高分子材料よりもガス放出量が数桁少な
いし、高温でのベーキングが可能となるのでガス放出に
よる純度低下の問題はほとんどなくなる。また高腐食性
ガスに対しても安定しているので使用範囲が広がるとい
う利点も生じる。よって接ガス部を全金属で構成したメ
タルシートダイアフラム弁の要求が高まっている。

【０００３】しかしながら金属同士の接触となると、シ
ート部の漏れ性能の低下及び接触面からのパーティクル
の発生等の問題がもち上ってくる。そこで前者について
は、例えば弁座に対して均等なシール面圧を発生させる
弾性押圧手段を設けたもの（特開平２−51671号）や、
メタルダイアフラムに軟質金属をコーティングするもの
（実開平３−125955号）等が提案されている。また後者
については、ブロック状の弁座シートに硬化処理を施し
たもの（特開平３−194269号）等が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、パーティク
ル発生の問題について上記特開平３−194269号では、弁
座のシート面を超硬なみに硬くすることによって接触面
の摩耗を抑えることができ、パーティクルの発生を防止
する効果があるとしている。しかし一方では、むしろ両
者に適度な硬度差を持たせることがパーティクルの面で
もシール性能の面でも有効であることが提案されてい
る。

【０００５】一方シール性能の問題については上記のよ
うな提案は種々なされているが、直接漏れに影響を与え
る大きな要因は、シール面の形状と表面の状態（表面粗
さやうねり等）である。シール面の形状は図４に示すよ
うに通常凸部分を形成してシール面圧を上げ、なおかつ
このシール面の粗さをＲmax0.1〜0.4μｍ程度に鏡面加
工することによって行われる。精度の高い鏡面加工の方
法としては、電気化学的な電解研磨と機械的な研磨を複
合させた複合電解研磨やラップによる機械研磨がある。
これらの方法によればＲmax0.2μｍも可能でうねりも発
生しないし、また加工面の硬度変化もほとんどない。と
ころがここで問題は、従来加工面である弁座部分は図４
に示したように本体と一体でかつ凹凸部分が入りくんで
いるため、このような複合電解研磨やラップ等の方法と
なると複雑で工数がかかるという問題がある。その為若
干鏡面加工精度の落ちる、弁座部分の形状にあった研磨
部を押し当てながら回転研磨するいわゆるローラバニッ
シング加工の方法等をとることがある。しかしこのロー
ラバニッシング加工では加工硬化が起って、結局シート
面の硬さがダイアフラムの硬さとほぼ等しくなるほど上
昇し上記した硬度差をもたせることができない。

【０００６】以上のことより、金属同士の接触シールに
おいてパーティクルフリーとシール性能の向上を計るた
めには、接触面に精度の良い鏡面加工を施すと共に接触
面同士に適度な硬度差を持たせることが有効であるが、
これを解決する加工方法には一長一短があり、一度に解
決できないという問題があった。本発明は、このような
問題を解決し、パーティクルフリーとシール性能の向上
を達成することができるメタルシートダイアフラム弁を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属製の弁座
にメタルダイアフラムを直接接離自在に構成したメタル
シートダイアフラム弁において、前記弁座を弁箱とは別
体に着脱自在の弁座体として設けると共に、この弁座体
の表面に別途、前記メタルダイアフラムの硬さより低い
鏡面仕上げを施してなるメタルシートダイアフラム弁と
した。なお、弁座体のシート面の硬さは、ビッカース硬
さで表わしたときHv＝100〜400程度とし、表面粗さはＲ
max0.2μｍ程度以下とすることが好ましい。

【０００８】

【作用】本発明は、金属製の弁座体を弁箱とは別体に形
成したので、鏡面加工等が弁箱とは別にして行うことが
でき、シール性能の面で効果が上がる複合電解研磨やラ
ップ研磨を比較的工数をかけないで実施することができ
る。しかもこの方法を採用できるのでシール表面に加工
硬化が起ることがなく、接触面間に適度な硬度差を持た
せることが容易にできる。硬度差については、メタルダ
イアフラム側はダイアフラム自身のばね特性を重視して
熱処理されるので、弁座体側で操作することができる本
案によれば都合がよい。両者の硬さの差が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。表面粗さについて
は、平滑でうねりがない程、良い結果が出ると思われる
が、概ねＲmax0.2μｍ以下であれば安定する。

【０００９】

【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シートダイアフ
ラム弁の全開状態を示す縦断面図である。１はメタルシ
ートダイアフラム弁の弁箱で耐食性のあるステンレス材
例えばSUS316L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12で互いに連通されるようになってい
る。開口部12の中には弁座体４が着脱可能に嵌着されて
いる。弁座体４の中央部の上下面には突出部41，42が形
成されており、この部分でメタルダイアフラム５あるい
は弁箱１との間をシールする。また流入流路２及び流出
流路３に連絡する流路孔も形成されている。弁箱１の上
部開口部12の周縁と上記弁座体４との間で段差面を形成
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。

【００１０】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
記弁座体のシール面41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
でなく空圧等の流体圧や磁力などによって昇降させる構
造としてもよい。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。

【００１１】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５の中央部が弁
座体４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５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体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している。

【００１２】なお、流入流路２，流出流路３及び開口部
12等の接ガス部は電解研磨加工などによってＲmax0.4μ
ｍ以下の鏡面仕上げが施されている。またメタルダイア
フラム５は熱処理によってHv300〜500程度の硬さになっ
ており、表面粗さも0.2μm以下に施されている。弁座体
４は弁箱１と同一の材料でSUS316L材を使用している。
鏡面仕上げは少なくともシール面である突出部41に施せ
ばよいが、別途ラップ加工によって表面粗さＲmax0.２
ｍ以下に仕上げている。

【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と加工法及
び表面粗さ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。図２の通り本発明の実施例は共
に従来と同等またはそれ以上の漏れの領域に早期に安定
していることが認められる。これは本実施例では、弁座
体を弁箱と別加工として複合電解研磨あるいはラップ加
工によって、比較的工数を要することなく平滑で清浄な
Ｒmax0.2μｍ以下の鏡面に仕上げることができた為と思
われる。

【００１４】

【表１】

【００１５】次に、図３にパーティクル数発生の比較を
行った結果を示す。図３の通り本発明の実施例はパーテ
ィクル数が減少している。これは本実施例では弁座体を
弁箱と別加工としたので弁座体表面に加工硬化が生じな
いような鏡面加工方法を採用することができ、よってメ
タルダイアフラムと弁座体の金属面同士の接触面の硬さ
並びに硬さの差が適度なものを得ることができた為と思
われる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、金属同士の接触であり
ながらパーティクルの発生が少なく、かつ良好なシール
性能を備えたメタルシートダイアフラム弁を提供するこ
とができる。また弁座体が着脱自在であるので、弁座体
表面の鏡面加工がしやすく硬さの変化も付けやすいもの
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すメタルシートダイア
フラム弁の縦断面図。

【図２】 実施例と比較例のシート部リーク量を示す特
性図。

【図３】 実施例と比較例のパーティクル発生量を示す
特性図。

【図４】 従来の弁座一体型メタルシートダイアフラム
弁の弁箱の断面図。

【符号の説明】

１…弁箱 ２…流入流路 ３…流出流路 ４…弁座体 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 12…開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の弁箱と、該弁箱内に設けた金属
   製の弁座と、周縁部を密封挾持すると共に略中央部が前
   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略中央部を前記弁座方向
   に押圧する負荷手段とを有するメタルシートダイアフラ
   ム弁において、 前記弁座を弁箱とは別体に着脱自在の弁座体として設け
   ると共に、この弁座体の表面に別途、前記メタルダイア
   フラムの硬さより低い鏡面仕上げを施してなることを特
   徴とするメタルシートダイアフラム弁。
2. 【請求項２】 請求項１記載の弁座体の表面の硬さは、
   ビッカース硬さで表わしたときＨｖ100〜400とし、表面
   粗さはＲmax0.2μｍ以下であることを特徴とするメタル
   シートダイアフラム弁。