200827964 • 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本毛月係有關於將流體調整成設定壓力的壓力調整 閥。 【先前技術】 例如，半導體製造裝置所製造的半導體，因供給晶圓 之作用氣體的流量或壓力而在產品品質發生變動。因而， 半導體製造裝置係為了將供认曰圓 肘仏、、、口日日w之作用氣體的壓力控制 成设疋壓力，而裝載壓力調整閥。 昼力调整閥係將提動閥體可接觸或離開地設定於 PCTFE製閥座，並根據提動閥體和閥座之間的關口大小 控制/爪入壓力室之流體舞 ^ &力凋整閥係藉由調整閥開口大 小，以使壓力室之內壓m ^ f ^ ϋ又疋辽力，而將作用氣體的壓 力調整成設定壓力。担& β 土力如動閥體為了可對應於微妙的壓力變 動’而未具備有滑動部。 [專利文獻]特開2004 — 362036號公報 [專利文獻]特開2〇〇5 一 1 28697號公報 【發明内容】 【發明要解決之課題】 _^mFE之機械強度比其他的氟樹脂的大，所以雖 八、々口心為以在j吏用 Ρ ρ φ Ρ ^ , 壓力難上昇，二FE製間座之壓力調整間在使用中設定 仁疋貫際上在使用中設定壓力可能上昇。 2097-9l7l-PF;Ahddub 5 200827964 、 發明者們為了查明壓力調整閥之設定壓力上昇的原 口而凋查使用PCTFE製閥座之壓力調整閥的密封性（耐久 性）。結果，以往的壓力調整閥，提動閥體在和閥座的抵接 或離開達到某次數時，發生流體洩漏。 此外，叙明者們觀察了配置於設定壓力已上昇之壓力 调整閥的閥座之密封面。在第1〇A圖及第l〇B圖表示其觀 察結果° ( PCTFE製閥座之隔著閥座中心位於相反位置的密封面 之中的-方之密封面的寬度如第10A圖所示，係12〇"， 而另一方之密封面的寬度如第10B圖所示，係28#m。因 而，得知PCTFE製閥座之提動閥體不均勻地碰觸。 長:動閥體之不均勻地碰觸係由閥座的摩耗進行所引起 的，摩耗進行之結果，密封面劣化，而導致沒漏。從間座 所洩漏之流體流入壓力室，而令設定壓力上昇。 4 了導正提動閥體之不均勻地碰觸，亦想到以機械式 (t更壓力調整閱之構造。可是，若考慮到提動閥體未具備 有滑動部、或用複數個構件構成麼力調整間，此方法係困 難。 本發明係為了解決上述之問題點而開發者，其目的在 於提供可防止設定壓力之上昇的壓力調整閥。 【解決課題之手段】 本發明之壓力調整閥，具有如下的構造。 、（1)在將流體控制成設定壓力的壓力調整閥，閥體抵接 或離開之閥座部的材質係採用硬度為D7〇以下之氟樹脂。 2097-9171-PF;Ahddub 6 200827964 (2 )在將流體控制成°又疋壓力的壓力調整闕，閥體抵接 或離開之閥座部的材質係採用在溫度23度之條件下拉力 伸長率為250%以上的氟樹脂。 (3 )在（1)或（2 )項所σ己載之發明’該閥座部之材質係採 用 PFA 或 PTFE 。 (4)在（1)或（2)項所記載之發明，係控制iMPa以下的 流體。
【發明效果】 本發明之壓力調整閥，因為使用硬度為D7〇以下之柔 軟的氟樹脂製閥座部，所以在閥體抵接時閥座部易變形， 而難發生流體洩漏。因而，若依據本發明的壓力調整閥， 可防止流體洩漏所伴隨之設定壓力的上昇。 本發明之壓力調整閥，因為使用在溫度23度之條件下 伸長率為250%以上的易變形之氟樹脂製閥座部，所以閥座 部之密封面難摩耗’而難發生流體洩漏。因而，若依據本 發明的壓力調f閥’彳防止流體线漏所伴隨之設定堡力的 上昇。 本發明之壓力調整閥的閥座部之材質採用係硬度為 謂以下或在溫度23度拉力伸長率$ 25〇%以上之敦樹脂的 PFA或PTFE較佳。 因為控制lMPa以下作用氣體， 本發明之壓力調整閥 ，若依據本發明的 或者拉力伸長率大 所以閥體和閥座部抵接之力可小。因而 壓力調整閥，即使在閥座部之硬度低， 的情況，閥座部亦難發生損壞。 2097-9171-PF；Ahddub 7 200827964 態 實施方式 以下，表 、照圖面說明本發明之壓力調整閥的一實施形 第1圖係本發明之塵力調整閥1的剖面圖。 厂堅力調整間！係將外殼3安裝於流路組件 可設定作用氣體之設定壓力的方式構成。 壓力調整閥1將作用氣體供給配管及室分別和在流路 組件2所形成的f u及第2通口 12連接，並將從 弟1通口 11流向第2通口 12之作用氣體的壓力調整成設 定壓力。在流路組件2以和第1通口 11連通的方式形成用 以收容提動«7之第丨壓力室13。在流路組件2之上面， 將凹部14鑽設成圓柱形，並令第i壓力室13和第2通口 12連通。 !。外:"係將第…"和第2缸部5螺接而構1在 弟缸邛5之上端部’將調整把手6安裝成可轉動。内設 於流路組件2之提動閥體7係和隔膜8分開地設置之自由 提動間構造。提動閥體7採用不銹鋼等之金屬作為材質。 内設於外殼3之調整機構9和隔膜8抵接。調整機構9係 以因應於調整把手6之轉動而調整供給隔膜8的外壓，而 μ路組件2在第1壓力室1 3和凹部丨4連通的部分， 配置係「閥座部」之-例的閥座15。流路組件2係將座架 16、隔膜8以及隔膜壓件17疊層於閥座15，並將第i缸 部4螺接。 2097-9171-pf；Ahddub 8 200827964 囚此，利用將流路 π乐丄叫—口r吁哪 之固定力將閱座15壓在並保持於凹部14的底壁。又，隔 艇8在座架16和隔膜壓件17之間被夾持，並氣密地塞住 凹部14，而形成第2壓力室18。 —在第1壓力室13，以和間座15抵接或離開的方式收 谷提動閥體7。在提動閥體7,縮設於第！壓力室u之回 位彈簀19之彈力總是朝向闕座15方向(第i圖中的上方向) 作用。突設於提動閥體7之突出部7a貫穿閥座15的中央 部並向第2壓力室18側突出。 。利用調整機構9調整壓力調整間i之設定麼力。調整 機構9係經由調壓桿2〇將調壓彈簧21和調整把手士。
調壓彈箬21蠖A … 由，舌基22和隔膜8抵接，並令彈力作用於 隔臈8。第i圖所示之壓力調整閥（之調整把手6位於最 =，未令外壓作用於隔膜8。在此狀態，隔膜δ離開突 ”周整把手6轉動而下降時’壓縮調壓彈簣21， 座15方向（第1圖中的下方向）之力供給隔膜8。隔 膜8接觸突出部7a並供給第】圖中之下方向的力。 因而，第i圖中之向上作用的回位彈簧19之彈力和作 ^體之流體壓的合力、及第1圖中之向下作用的調壓彈 ;之彈力作用於提動闊體7。壓力調整閱！在第2壓力 ^力係Μ壓力的情況’第i圖中之向上作用的回 ，19之彈力和作用氣體之流體塵的合力，與第】圖中 ^作用的調壓彈簧21之彈力保持平衡，而提動閥體7 閥座15抵接，並切斷流路。 2097- 9l7l-PF;Ahddub 9 200827964 - 而’在第2壓力室18之壓力低於設定壓力的情況，隔 膜8向下麦$而將提動閥體7向下推。因而，閥開口大 小k大，而流入第2壓力室丨8之作用氣體增加，第2壓力 室18的壓力就上昇。 另一方面，在第2壓力室18之壓力高於設定壓力的情 況，隔膜8向上變形，隨著將提動閥體7向上推。因而， 閥開口大小變窄，而流入第2壓力室18之作用氣體減少， 第2壓力室18的壓力就降低。 f 而，亦如在該發明要解決之課題的攔之說明所示，使 用PCTFE製閥座的壓力調整閥可能在使用中設定壓力上 幵。於壓力调整閥1，提動閥體7被放在回位彈箬1 9上並 以無滑動狀態收容於第丨壓力室13。設為無滑動，係為了 消除提動閥體7之機械性損失，以使提動閥體7可因應於 微妙的壓力變動而自由地移動。因而，改變壓力調整閥之 構造以防止設定壓力的上昇係實質上有困難。 因此，本實施形態之壓力調整閥1使用一種閥座15, 其材貝採用硬度係D 7 0以下的氟樹脂、或在周圍溫度2 3度 之條件下伸長率為250%以上的氟樹脂。 具體而言’使用係材質採用PFA(四氟乙烯和全氧烴基 乙烯醚的共聚物）或PTFE (聚四氟乙烯）之閥座15。 而且，本實施形態之壓力調整閥1用以控制流體壓力 為1 MPa以下的流體。 本發明者們製作PCTFE製閥座用樣品i5〇a、pFA製闊 座用樣品150B以及PTFE製閥座用樣品i5〇c，並對各樣品 2097-9171-PF;Ahddub 10 200827964 150A、150B以及150C實施用以調查密封性的測試。在第2 圖表不用以調查閥座材質和氣密性的關係之測試的測試方 法。 如第2圖所示，在調查閥座材質和氣密性的關係之測 試，在第1板31和第2板32之間夾持樣品15〇a(15〇b、 15 0 C)。第1板31形成用以供給試品（在本實施形態為氦） 的流路34，並將提動閥體7設定於流路34上。負載胞33 替代回位彈簧1 9，對提動閥體7施加負載，而令提動閥體 7對樣品150A(150B、150C)密封。在第2板32，在和流路 3 4同軸上形成流路3 5，並和洩漏偵測器3 6連接。 在測試，利用負載胞33以既定負載令提動閥體7和樣 品150AU50B、150C)抵接。在此狀態，對流路34供給既 定負載之氦，並用洩漏偵測器36量測洩漏量。一面逐漸提 高負載胞33施加於提動閥體7之負載，一面實施一連串的 量測。 第3圖係表示調查閥座材質和氣密性之關係的測試結 果。在第3圖’實線表* PCTFE製樣品⑽八之測試結果， 粗線表示m製樣品謂的測試結果，虛、線表* pTFE製 7 結果。而且’在第3圖之縱轴表示吹氛氣 W漏量（Pa.m3/S)。第3圖之茂漏量係愈往上愈大。 在橫軸表示負载（N)。 若將被判斷為欠缺财久性之位準的設定壓力上昇換算 成茂漏量，變成1E—05Pa.mVs。將此值作為基準值L。 PCTFE製樣品15〇A之洩漏量若要達到基準值[以下， 2〇97-9171-PF;Ahddub 11 200827964 需要約2.5N的負載。而，PFA製樣品15肿及pTFE製樣品 150C之洩漏量若要達到基準值L以下，需要約〇. 載。 由該測試結果得知，pFA製樣品丨5〇B和pTFE製樣品 150C之密封所需的負載係pcTFE製樣品15〇a之約^10 = 小負載，可密封成設定壓力不备卜旦 心&刀个曰上歼。因而，pFA製樣品 150B和PTFE製樣品150C之氣密性比ραί?Ε製樣品魏 的優異。 1 又，PCTFE製樣品150A至施加約8N之負載為止，鴻 漏量緩慢地減少，而施加約8N以上之負載時浪漏量變成大 致定值。而，PFA製樣品15〇B和pTFE製樣品i5〇c，至施 加約2N賴為止之間，嶋急速地減少，而施加約 Μ之負載㈣漏量變成大致定值。由此測試結果得知，心 製樣品15〇B及PTFE製樣品15〇〇和pcm製樣口口口魏相 比’提動閥體7以小的負載在短時間内變成密帛，對壓力 變動之響應性良好。由這_點，亦得知m製樣品测和 PTFE製樣品i5〇C之氣密性比paFE製樣品i5〇A優異。 其次，發明者們調查使用樣品150A、150B之樣品用壓 力调整闕100A、100B的耐久性。帛4圖得在調查耐久性之 測試所使用的測試電路51之電路圖。 測試電路51係從上游側將樣品用壓力調整閥 ΙΟΟΑ(ΙΟΟΒ)、壓力計52、閥53以及流量調整閥54串列地 連接的。將樣。口用壓力調整閥1 〇 〇A (丨〇 〇β)之設定壓力設定 成壓力計52的量測值變為〇· 35Mpa。又，流量調整閥54 2097-9l71-PF；Ahddub 12 200827964 將閥開口大小調整成將試品之流量控制為3〇L/min。 在測試，從上游供給〇.5MPa之試品，並令閥53進行 閥開閉動作。壓力調整閥1〇〇A(1〇〇B)配合閥53之間開閉 動作，而提動閥體7和閥座用樣品15〇a(15〇b)抵接或離 開。因此，藉由量測閥53之動作次數，而調查壓力調整閥 IOOA(ioob)的耐久性。
結果使用PCTFE製樣品150A之樣品用壓力調整閥1〇〇A #的閥53動作10萬次時，設定壓力上昇，而壓力計52之量 測值變成和供給壓力相等。 另方面，使用PFA製樣品150B之樣品用壓力調整閥 100B的閥53即使動作100萬次，設定壓力亦不會上昇。 自測試結果，得知使用PFA製樣品15〇β之樣品用壓力 調整閥100B的耐久性比使用PCTFE製樣品15〇A之樣品用 壓力調整閥100A優異。 此外，關於使用PTFE製樣品15〇c之情況的耐久性， ；: 亦可得到和PFA —樣之結果。 其次，說明樣品15〇A、150B以及150C之耐久測試後 的狀態。第6A圖及第6B圖係表示pFA製樣品之财久 測試後的狀態之圖。第7A圖及第7β圖係表示製樣品 150C之耐久測試後的狀態之圖。第6A圖和第⑽圖、及第 7A圖和第7B圖各自局部地表示閥座15之隔著中心的相反 位置之密封面。 PFA製樣品15GB之-方的密封面之寬度如第6a圖所 示，係80^’而位於和該密封面反侧之密封面的寬度如 2097-9171-PF；Ahddub 200827964 弟6B圖所示，待7〇 係m。因而，pFA製閥座用樣品ΐ5〇β 密封面之摩耗的不於| 句小。因而，PFA製樣品150B之提動閥 體7不會不均句地碰觸。 杈動闕 PTFE製閥座用樣口 用樣-150C之一方的密封面之寬度如第 7 A圖所不，你1 1 η。 ^ ^m，而位於和該密封面反側之密封面的 寬度如第7B圖所示，俜lnn ^ ^ n 係l〇〇//m。因而，PTFE製閥座用樣 品1 5 0 C在密封面之座輕 之辱耗不均較小。因而，PTFE製樣品15〇c 之提動閥體7不會不均勻地碰觸。 另方面PCTFE製樣品150A亦如在發明要解決之課 題的說明所示，盆一太沾令 — ^ ，、方的铪封面之覓度如第10A圖所示， 係120"，而位於和該密封面反側之密封面的寬度如第 m圖所示，係28/zm。因而，pcTFE製閱座用樣品腫 在密封面之摩耗不均較大。因而，pCTFE製閥座用樣品刪 之提動閥體7會不均勻地碰觸。 自X上的測4結果，若閥座丨5之材質採用PM或 刪’和採用PCTFE的情況相比，因為可防止提動閱體7 之不均勻地碰觸，所以可提高耐久性。 考察使用材質為PFA或PTFE的閥座15時，氣密性和 耐久性提高的原因。 第5圖係比較PCTFE、PFA以及pTFE之材質特性的圖。 關於拉力伸長率，在溫度為23度之條件下，卩^心係 80〜250% 、 PFA 係 250〜350% 、 PTFE 係 200〜400% 。因而，因
為PCTFE之拉力伸長率比PFA或PTFE的小，所以難變形。 關於硬度，PCTFE 係 D75~D85、PFA 係 D60〜D64、PTFE 2097-9171-PF;Ahddub 14 200827964 PCTFE之硬度比pfa或PTFE的大， 係D50〜D55。因而，因為 所以難變形。 以在的壓力調整間，為了提高閥座的财久性，而著眼 於P C T F Ε之機；(:通絲择丄 飞復大，而將閥座的材質採用PCTFE。換 曰之^忍為機械強度小之pFA《mE製閥座易產生由變形 所引起的流體洩漏，而未使用。 可疋如壓力调整閥1所示，將提動閥體7放在回位 ί % 彈一 1 9而未具備滑動部的惰^兄，提動閥體7係不安定並易 傾斜。 PFA或PTFE製閥座15如上述所示，因為硬度低，所 以在提動閥版7抵接時易變形。因而，即使提動闕體7傾 斜地和閥座15抵接’亦利用回位彈簧j 9之沿著軸線的推 力將傾斜V正’而以均勻的力和密封面抵接。目而， 或PTFE製閥座15的提動閥體7以均勻的力重複地接觸密 封面，且密封面難偏向地變形（參照第6 A圖、第6b圖、第 7A圖、第7B圖）。 而，PCTFE製閥座因為硬度高，所以提動閥體7抵接 时難變形。因而，若提動閥體7傾斜地和PCTFE製的閥座 15抵接，利用回位彈簧19朝向轴線方向推亦無法將傾斜 V正，而不均勻地碰觸密封面。由於此力，若pcTF£製閥 座發生塑性變形，之後提動閥體7會持續不均勻地碰觸密 封面’ PCTFE製閥座之密封面就偏向地摩耗（參照第ί 〇A 圖、第10B圖）。 又’ PFA或PTFE製閥座15之拉力伸長率大。提動閥 2097-9171-PF;Ahddub 15 200827964 體7和閥座l 5之密封面笫垃 — 才面么接而崔、封，在離開閥座1 5時， 拉岔封面的表面。赵六拙且、香 、 拉力伸長率大之PFA或PTFE製閥座 被提動閥II 7拉而變形，因為提動閥體7之吸附力 少’所以密封面的表面易離開提動閥體7。因而，因 或PTFE製閥座1 5之宓本+而λα生 山封面的表面難被提動閥體7剝離， 所以摩耗的進行速度慢。 而’ PCTFE製閥座之拉力伸長率小。因而，提動間體7 在和PCTFE製閥座之密封面密接並密封後，在離開p咖 製閥座時，PCTFE製閥座之密封面的表面難變形。pcTFE製 閥座之密封面被提動_ 7強拉，而表面在和提動閥體; 依然密接下易剝離。因❿’ PCTFE製閥座之摩耗的進行速 度變快。發生摩耗之部分的密封面變成凹凸，#易發生流 體成漏。 在此，發明者們使用第8圖所示之測試電路，進行粒 子評估測試。 " 如第8圖所示，測試電路係將壓力調整閥61、壓力計 62、過濾器63、樣品用壓力調整閥1〇〇A(或1〇〇B)、壓力 計64、氣動閥65、流量調整閥66以及流量計67串列地連 接’並將流量計67和粒子計數器68連接而構成。 在粒子評估測試，將使用PCTFE製閥座15〇Α之樣品用 壓力调整閥100A、及使用PFA製閥座150B之樣品用壓力 調整閥100B換裝於測試電路，並調查PCTFE製閥座15〇八 和PFA製閥座15 0B之粒子產生量（個）。在測試，設定成壓 力調整閥61將流體壓力控制成〇. 3MPa，樣品用壓力調整 2097-9171-PF;Ahddub 16 200827964 〇· 15MPa，流量調整閥 閥100A(或100B)將流體壓力控制成 66將流量控制成28L/min。 第9圖係表示粒子評估測試之測試結果的圖。 如第9圖所示，使用PCTFE製間座15〇a之樣品用虔力 調整閥1繼，在從動作次數少之l Em次時開始，產生 500個以上，再至動作次數變成lE + 〇3次為止之間，粒子 產生量增加至約10倍。然後，雖然粒子產生量減少，但是 認為這是因為閥座15GA隨著磨耗進行而變得難削除，所以 粒子減少。 而，使用PFA製閥座ι50Β之樣品用壓力調整閥1〇〇β， 在動作次數為1.E + 02次的時刻，粒子產生量係零。以後即 使動作次數增加，基本上粒子產生量亦係零。即使在偶而 產生粒子的情況，其粒子產生量為丨〇個以下，係極少。 因而，PFA製閥座150B之粒子產生量遠比PCTFE製閥 座15 0 A的J/。此測忒結果，在數值上證實a製閥座15⑽ 之摩耗速度比PCTFE製閥座ι50Α的慢、且摩耗少。 此外’發明者們對PTFE製閥座1 50C亦進行相同的測 試’並得到和PFA製閥座i5〇B相同之結果。 如上述所示，PFA或PTFE製閥座15和PCTFE製閥座 相比’因為不易產生不均勻地碰觸所引起的變形，所以難 發生流體洩漏，且耐久性佳。 而且’ PFA或PTFE製閥座15和PCTFE製閥座相比， 因為摩耗速度慢且難摩耗，所以難產生流體洩漏，且耐久 性佳。 2〇97-9171~PF;Ahddub 17 200827964 如以上之說明所示，本實施形態的壓力調整閥丨，因 為使用硬度為D70以下之柔軟的閥座15，所以在提動閥體 7抵接時，閥座15易變形，而難發生流體洩漏。因而，若 依據本實施形態的壓力調整閥丨，可防止流體洩漏所伴隨 之設定壓力的上昇。 本實施形態之壓力調整閥丨，因為使用在溫度23度之 條件下伸長率為250%以上的易變形之閥座15，所以閥座 1 5之密封面難摩耗，而難發生流體洩漏。因而，若依據本 實施形態的壓力調整閥丨，可防止流體洩漏所伴隨之設定 壓力的上昇。 本實施形態之壓力調整閥i，因為控制1MPa以下作用 氣體，所以提動閥體7和閥座15抵接之力可小。因而，若 依據本實施形態的壓力調整閥丨，即使在閥座15之硬度 低，或者拉力伸長率大的情況，閥座15亦難發生損壞。 此外，本發明未限定為上述之實施形態，可進行各種 應用。 例如，在上述之實施形態，雖然將壓力調整閥丨用於 氣體供給控制裝置，作是亦可笙 机且1一疋亦可將弟1通口 11和氣體容器連 接’並將第2通口】？夺口吉处；^& /、工泵連接，而用於抽真空時之屢 力調整。 例如，在上述之實施形態，將在流路組件2和座架玉6 之間所夾持的閥座15作為「閥座部」的一例。而，亦可將 閥座15和座架16或流路組件2設置成一體，亦可用pTFE 等之樹脂形成流路組件2或座架16等，亦可—體形成闕座 2097-9171-pp;Ahddub 18 200827964 • 部° 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之實施形態的壓力調整閥之剖面圜。 第2圖係表示用以調查該壓力調整閥之閥座材質和氟 密性的關係之測試的測試方法之圖。 第3圖係表示調查該壓力調整閥之閥座材質和氣密性 的關係之測試結果的圖。縱軸表示吹氦氣後的洩漏量（p a · f ' 1 m3/s)。橫軸表示負載（N)。 第4圖係用在調查該壓力調整閥之耐久性的測試之測 試電路的電路圖。 第5圖係比較該壓力調整閥之pCTFE、pFA以及pTf?E 的材質特性之圖。 第6A圖係表示該壓力調整閥之pFA製閥座的耐久測試 後之狀態的圖。 I 第6B圖係表示該壓力調整閥之PFA製閥座的耐久測試 後之狀態的圖。 第7A圖係表示該壓力調整閥之pTFE製閥座的耐久測 試後之狀態的圖。 第圖係表示該壓力調整閥之pTFE製閥座的耐久測 試後之狀態的圖。 第8圖係表示該壓力調整閥在粒子評估測試所使用的 裝置之電路圖。 第9圖係表示該壓力調整閱之粒子評估測試的測試結 2097-917l-PF；Ahddub 19 200827964 . 果之圖。
PCTFE PCTFE 第1 0A圖係表示在以往之壓力調整閥所使用 製閥座之耐久測試後的狀態之圖。 第1 0B圖係表示在以往之壓力調整閥所使用 製閥座之耐久測試後的狀態之圖。 【主要元件符號說明】 1〜壓力調整閥； / . 1 7〜提動閥體（閥體）； 15〜閥座（閥座部）。 2097-9171-PF;Ahddub