TWI448638B

TWI448638B - 流體控制閥的閥座構造

Info

Publication number: TWI448638B
Application number: TW100137257A
Authority: TW
Inventors: Tatsuhito Aoyama
Original assignee: Ckd Corp
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2014-08-11
Also published as: JP2012092861A; US20120097881A1; KR101312379B1; KR20120042685A; US8960644B2; CN102454808B; TW201233928A; JP5243513B2; CN102454808A

Description

流體控制閥的閥座構造

本發明係有關於流體控制閥的閥座構造。詳細說明之，係有關於例如在半導體製造裝置等，藉由膜片閥體對閥座抵接或分開，而控制高溫氣體等之流體的流動之膜片閥的閥座構造。

在半導體製程或液晶面板製程等，作為向半導體製造裝置等供給或遮斷加熱至約200℃之H₂ 氣體、Ar氣體等的高溫氣體(流體)時，控制該高溫氣體之流動的流體控制閥，例如使用如在專利文獻1、2所揭示的金屬膜片閥。

在第6圖及第7圖，表示說明專利文獻1之金屬膜片閥的圖。專利文獻1係如第6圖及第7圖所示，是利用時效硬化熱處理將金屬膜片260形成為維克氏硬度Hv500以上的金屬膜片閥201，而該金屬膜片260係利用閥棒230之推壓或解除該推壓，而對閥座250抵接或分開。在該金屬膜片閥201，在解除閥棒230之推壓時，金屬膜片260彈性恢復原形狀。

專利文獻1係藉由使金屬膜片260硬化至維克氏硬度Hv500以上，即使金屬膜片閥201在被加熱至高溫的環境下，亦可在閉閥時，抑制從閥座250對金屬膜片260之反作用力的降低，及在開閥時抑制在金屬膜片260所產生之熱膨脹。在專利文獻1，雖然關於閥座250的形狀、材質及構造等無任何記載，但是在專利文獻1，藉由將金屬膜片260形成為硬，而在控制高溫氣體之流動時，將位於金屬膜片260與閥座250之間的間隙α保持定值。

在第8圖及第9圖，表示說明專利文獻2之金屬膜片閥的圖。專利文獻2係如第8圖及第9圖所示，利用經由膜片壓片365之閥桿366的推壓或解除推壓，使圓形的金屬膜片360對閥座350抵接或分開的金屬膜片閥301。金屬膜片360是由不銹鋼製之薄板與鎳鈷合金製之薄板所疊層的金屬製薄板，並形成使中央部向上方鼓起的倒盤形狀。閥座350係以PFA等的合成樹脂製所形成，並利用填隙固定於本體340的閥安裝槽。

在專利文獻2，如第9圖所示，藉由將膜片壓片365相對閥座350的間隙△S設定成相當於在金屬膜片360的中央部自閥座350之最大鼓起高度△h的約55~70%的高度，而可使金屬膜片閥301的Cv值變成0.55~0.8。

又，雖在先行技術文獻未列舉，與專利文獻2一樣，有利用填隙將以PFA等之合成樹脂製所形成之環形的閥座構件固定於本體之閥安裝槽的金屬膜片閥。第10圖係說明該閥座構件之形狀的圖，係相當於第1圖之A部的放大圖。

在該金屬膜片閥，如第10圖所示，在閥座構件150的徑向CR，將該閥體所抵接或分開之閥座部151的厚度設為第1厚度t1時，將其高度方向AX的第2厚度t2形成為第1厚度t1之約2.7倍。在該金屬膜片閥，在成為閉閥狀態時，因為閥體(省略圖示)更深入地咬入閥座構件150而確實地密接，所以閥體與閥座構件150的密封性變高。

[專利文獻]

[專利文獻1]特開2008-151270號公報

[專利文獻2]特開2007-64333號公報

可是，在以往之金屬膜片閥，具有以下的問題。金屬膜片閥是藉由閥體與閥座抵接或分開，而控制高溫氣體等之流體之流動的閥，藉由在閉閥狀態，閥體咬入閥座而與閥座密接，而遮斷流體的流動。又，在開閥狀態，在閥室流動之流體的流量係由閥座與閥體分開時的行程(間隙)所決定。

在閥體與閥座抵接而閉閥時，閥座自閥體承受推壓力，在與閥體抵接的部分大為沈入。另一方面，從該狀態開閥時，來自閥體之推壓力所造成的反作用力作用於閥座，而閥座之沈入的部分想要恢復成沈入前的形狀。

又，在流體為所舉例的高溫氣體，並利用金屬膜片閥控制該高溫氣體之流動的情況，位於金屬膜片閥之閥室的閥體及閥座等曝露於高溫下。在此情況，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口經由閥室向輸出通口持續流動，同時，沈入之閥座想要逐漸恢復成沈入前的形狀。又，此時，因為閥室的溫度比高溫氣體未流通之閉閥狀態時的溫度更上昇，所以伴隨該溫昇，閥座熱膨脹。

在金屬膜片閥，開閥後，在流體流動之間，相當於因反作用力而朝向閥體的復原量、與因閥室的溫昇而朝向閥體之熱膨脹量的和之量的變形，隨著時間經過，同時發生於閥座，而閥座與閥體之實質上的行程(間隙)變化。

即，在剛開閥後，因為閥座沈入，而且閥座成為高溫氣體所流通前的冷溫度，所以閥座的上面成為更遠離閥體之狀態，而閥座與閥體之行程變長。另一方面，開閥後，經過既定時間時，因為閥座復原，而且閥座因閥室的溫度上昇至所流通之高溫氣體的溫度而膨脹，閥座的上面比沈入之狀態更接近閥體，而閥座與閥體的行程變短。

因此，在剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後，因為閥座與閥體的行程變化，所以在開閥時高溫氣體在閥室流通之間，高溫氣體之流量(Cv值)在剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後發生變動。

在專利文獻1，雖然關於因金屬膜片260的開閉而發生大變形之閥座250的材質及構造，無任何記載，但是若閥座250是金屬製的情況，因為閥座250幾乎不變形，所以金屬膜片260與閥座250抵接而閉閥。

可是，在閉閥時，因為金屬膜片260與閥座250以金屬彼此接觸，所以在閥座250易產生傷痕，與金屬膜片260之接觸次數僅約5萬次，密封性能就開始降低，而在閥座250的耐久性發生問題。

另一方面，即使閥座250是耐久性比金屬製之閥座更高的樹脂製，亦關於在高溫下因金屬膜片260的開閉而易發生大變形之閥座250的形狀，未下任何工夫。

專利文獻2係將膜片壓片365相對閥座350的間隙△S設定成相當於在金屬膜片360的中央部自閥座350之最大鼓起高度△h的約55~70%的高度，而可使Cv值位於0.55~0.8。

可是，在專利文獻2，儘管以比金屬易軟化之PFA等的合成樹脂製形成閥座350，但是關於因金屬膜片360的開閉而易發生大變形之閥座350的形狀，未下任何工夫。

因此，在專利文獻1、2，從閉閥狀態進行開閥操作後，在長時間使高溫氣體從輸入通口經由閥室向輸出通口流動時，相當於因反作用力而朝向金屬膜片260、360的復原量、與因閥室的溫昇而朝向金屬膜片260、360之熱膨脹量的和之量的變形，在開閥後，隨著時間經過，同時發生於閥座250、350。結果，閥座250、350與金屬膜片260、360之實質上的行程變化，開閥後，隨著時間經過，行程差變大。

如此，在開閥後，發生閥座250、350與金屬膜片260、360的行程的壓力差時，在開閥狀態流動之流體的流量發生不均，作為閥之流量控制精度，具有無法將Cv值的降低抑制在近年來半導體製造等之精密元件製造領域所要求之開閥後0.2以內的問題。

又，在以第1厚度t1之約2.7倍的大小形成第2厚度t2之以往之金屬膜片閥，雖然閥體與閥座構件150的密封性比金屬製的閥座更高，但是專利文獻1、2一樣，在成為開閥狀態時，在流動之流體的流量發生不均，而無法使流體以穩定的流量流動。

本發明係為了解決上述的問題點而開發的，其課題在於提供一種流體控制閥的閥座構造，係可一面確保與閥體之密封性，一面在使所控制之流體持續流動之間，將其流量變動抑制為小。

(1)為了解決該課題，本發明之一形態之流體控制閥的閥座構造，係在具有閥體、形成輸入通口與輸出通口的本體、及設置於該本體的閥座構件，並藉由該閥體對該閥座構件抵接或分開，而控制流體之流動之氣體控制閥的閥座構造，其特徵在於：該閥座構件具有形成環形，並由閥體所抵接的閥座部；將在該閥座構件的徑向之該閥座部的厚度設為第1厚度t1(0<t1)時，在沿著該流體控制閥之軸線方向的方向，在0.5t1≦t2≦1.5t1之範圍內形成是該閥座構件之高度的第2厚度t2。

(2)在該構成，該閥座構件係由氟系樹脂所構成較佳。

此外，作為氟系樹脂，例如列舉PFA(四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物)、PI(聚醯亞胺)、PVDF(聚偏二氟乙烯)(2氟化)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)(3氟化)、PTFE(聚四氟乙烯)(4氟化)等。

(3)在該構成(1)或(2)，該閥座構件係與該本體分開，並利用填隙固定於該本體較佳。

(4)在該構成(3)，該閥座構件係更具有位於該閥座部之下方的固定部；該固定部係形成為比該第1厚度t1更寬；該閥座構件係利用該本體的一部分在該閥座構件的徑向夾持該固定部而被固定較佳。

若依據該形態(1)，例如在半導體製程，利用由該形態的發明之流體控制閥的閥座構造所構成之流體控制閥控制將H₂ 氣體、Ar氣體加熱至約200℃之高溫氣體之流動的情況，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口經由閥室向輸出通口持續流動時，在閥座構件與閥體的行程(間隙)，可將在剛開閥後，與在開閥後經過既定時間後的行程差抑制為小，而可便在流體控制閥之閥室流動之流體的流量(例如高溫氣體)變動變小。

因此，作為閥的流量控制精度，可將開閥後之Cv值的降低抑制在近年來半導體製造等之精密元件製造領域所要求的0.2以內，而可將在開閥狀態流動之流體流量的不均抑制為小。另一方面，在成為閉閥狀態時，閥體確實咬入閥座構件，而與閥座構件密接，可確保高密封性，並可無洩漏地遮斷往輸出通口之高溫氣體等之流體的流動。

即，在該形態之流體控制閥的閥座構造，閥座構件具有形成環形，並由閥體所抵接、分開的閥座部，在閥座構件的徑向，將是閥座部的厚度的第1厚度設為t1(0<t1)時，在沿著該流體控制閥之軸線方向的閥座高度方向，在0.5t1≦t2≦1.5t1之範圍內形成是閥座構件之高度的第2厚度t2。

在閥體之推壓力作用於閥座構件的閥座部時，在將第2厚度形成為約第1厚度t1的約2.7倍之以往之金屬膜片閥的閥座構造，閥座部的沈入量例如是0.5mm。相對地，在該形態之流體控制閥的閥座構造，即使是大小相同的推壓力，沈入量亦為0.25mm等，小至約一半等。又，開閥後，因反作用力而往閥體之閥座構件的復原量亦與沈入量一樣，變成約一半等。

又，從閉閥狀態進行開閥操作後，如舉例所示，高溫氣體在長時間從輸入通口經由閥室向輸出通口持續流動時，閥室的溫度上昇至比高溫氣體未流通之閉閥狀態時的溫度更高，而閥座構件(閥座部)熱膨脹。將第2厚度t2形成為第1厚度t1的1.5倍以下之該形態的發明之流體控制閥的閥座構造、與將第2厚度t2形成為第1厚度t1的約2.7倍之以往之金屬膜片閥的閥座構造對比，該形態的發明之流體控制閥的閥座構造之閥座構件的熱膨脹量係比以往之金屬膜片閥的閥座構造小了第2厚度與閥座構件之閥座高度成正比變小的量。

因此，在該形態的發明之流體控制閥的閥座構造，開閥後，在閥座構件，相當於反作用力所造成之復原量、與閥室的溫昇所伴隨之熱膨脹量的和之變形量被抑制成比以往之金屬膜片閥之閥座構造的情況小。

即，在利用該流體控制閥控制所舉例之高溫氣體(流體)之流動的情況，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口經由閥室向輸出通口持續流動時，關於閥座構件與閥體之實質上的行程，比較剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後，行程差亦變小。

結果，在開閥時高溫氣體在閥室持續流動之間，可將高溫氣體之流量的變動抑制成更小，在以往，雖然開閥後的Cv值降亦低至0.4，但是在該形態的發明之流體控制閥的閥座構造，可抑制至近年來在半導體製造等之精密元件製造領域所要求的0.2以內。

在此，說明Cv值。Cv值係被定義成在流體控制閥的閥體開閥至既定開口大小之狀態，「在將輸入通口側與輸出通口側的壓力差保持於1psi(6.895kPa)，並以USgal/min(1Usgal=3.785L)(gpm)表示使60℉(約15.5℃)之清水流動的情況之清水的流量的數值」之無次元的數值。

Cv值係使用流體流量計或流體壓力計等之周知的測量儀器實測所求得，在使閥體之開口大小全開時，將在約15.5℃之清水在差壓6.895kPa，以流量3.785L流動之情況的Cv值設為1。Cv值係根據下式所算出。

Cv值=Q‧(G/△P)^(1/2)

G(gpm)：流體的流量，G：流體的比重，△P(psi)：流體的壓力差。

Cv值愈大的流體控制閥，在流體控制閥流動之流體的流量愈大。該形態的發明之流體控制閥的閥座構造係將主要以氣體為控制的流體，並在使閥體全開時，閥座構件與閥體的全行程(最大間隙)約1mm的流體控制閥作為對象。

即，在該構成(1)，例如將閥座構件與閥體的行程為0.9mm，且在閥開口大小全開時剛開閥後的Cv值為0.7等的流體控制閥作為對象。在半導體製造等之精密元件製造領域，使用很多如上述所示的流體控制閥，將開閥後之Cv值的降低抑制在0.2以內的要求係精密元件製造業界為了實現市場所要求之製品的高精度化及製品的高品質化，從精密元件製造業界所提出的。該要求係在自開閥後開始經過既定時間後，止於降低至相當於在剛開閥後之Cv值0.7之減少約30%之Cv值0.5，藉此成為確保精密元件(製品)之品質的標準。

另一方面，因為閥座構件將第2厚度形成為第1厚度的0.5倍以上，所以在成為閉閥狀態時，因為閥座構件可充分確保閥體更深地咬入所需的變形量，所以閥座構件與閥體密接，而可確保高密封性，可無洩漏地遮斷往輸出通口之高溫氣體等之流體的流動。

因此，在該形態之流體控制閥的閥座構造，具有可一面確保與閥體之密封性，一面在使所控制之流體持續流動之間，將其流量變動抑制為小的優異效果。

又，在該構成(2)，因為閥座構件係由氟系樹脂所構成，所以例如以金屬製等形成閥體時，可得到在閉閥時閥體適度地咬入閥座構件之適當的硬度，而閥座構件與閥體易密接。又，即使在控制具有腐蝕性之流體的情況，閥座構件亦不會受到該流體腐蝕。

又，在該構成(3)，閥座構件係與本體分開，因為利用填隙固定於本體，所以可易於進行將閥座構件安裝於本體的作業。

又，在該構成(4)，閥座構件係可在穩定之狀態固定，在閉閥時，即使在因閥體的動作異常，閥體未沿著該流體控制閥之軸線方向與閥座構件抵接，而相對該軸線傾斜地與閥座構件抵接的情況，閥座構件亦不會偏離該徑向。

以下，一面參照附加圖面，一面說明將本發明具體化的最佳形態。

本實施形態的流體控制閥例如係在半導體製程或液晶面板製程等，向半導體製造裝置等供給或遮斷加熱至約200℃之H₂ 氣體、Ar氣體等的高溫氣體(流體)時，控制該高溫氣體之流動的氣體控制閥1。在實施形態，說明這種氣體控制閥1的閥座構造。

第1圖係表示實施形態中第1實施例之氣體控制閥的說明圖，表示閉閥狀態。第2圖係第1圖之A部的放大圖，係表示第1實施例之氣體控制閥之閥座構造的說明圖。

氣體控制閥1(流體控制閥)具有膜片閥體60(閥體)、形成輸入通口41與輸出通口42的本體40、及設置於該本體40的閥座構件50，藉由膜片閥體60對閥座構件50抵接或分開，而控制高溫氣體的流動。

如第1圖所示，氣體控制閥1大致上由空氣控制部2與閥控制部3所構成。

首先，說明空氣控制部2。在本實施形態，空氣控制部2具有2個第1缸體10、第2缸體15、2個第1活塞21、第2活塞22、及分區構件23等，並都由不銹鋼材料等的金屬所構成。在第1缸體10，形成操作通口11、第1呼吸孔12及第2呼吸孔13。第1缸體10與第2缸體15依螺紋而被一體化。在第1缸體10與第2缸體15之間，夾入分區構件23，利用分區構件23將第1及第2缸體10、15的缸體內部劃分成第1加壓室25與第2加壓室26。在第1缸體10，分別形成第1活塞21所需的第1呼吸孔12與第2活塞22所需的第2呼吸孔13。

第1活塞21配設於第1缸體10與分區構件23之間，第2活塞22配設於第2缸體15與分區構件23之間。在第1缸體10及第2缸體15的缸體內部，配置在軸線方向AX所延伸之活塞桿30的上部。在活塞桿30的上部，鑽沿著軸線方向AX的引導孔30H，將與該引導孔30H交叉並在徑向CR所延伸之的2個第1貫穿孔31H、第2貫穿孔32H形成為與引導孔30H連通。活塞桿30的下部配置於下述的閥控制部3。

其次，說明閥控制部3。閥控制部3具有本體40、閥座構件50、膜片閥體60、閥體壓件65、閥桿66、導件71、彈簧支撐構件72、連結構件73及固定構件74，都由不銹鋼材料等之金屬所構成。

如第1圖及第2圖所示，本體40具有輸入通口41與輸出通口42。在輸入通口41與輸出通口42之間，設置是與本體40分開的閥座構件50。又，在本體40，作為安裝閥座構件50的槽，將握持部43、43分別以軸線AX為中心，環狀地形成於徑向CR的外側與內側。

閥座構件50形成環形，並具有膜片閥體60所抵接、分開的閥座部51、及位於閥座部51之下方的固定部52。閥座構件50由氟系樹脂所構成，在本實施形態，由PFA(四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物)所構成。

如第2圖所示，閥座構件50將固定部52配置於握持部43、43之間，藉由將位於徑向CR之徑內側的握持部43與位於徑外側的握持部43在彼此相向的方向填隙，而在徑向CR夾持並固定於本體40。

具體而言，該固定部52係形成為寬度比閥座構件50(閥座部51)之第1厚度t1寬，並利用是本體40之一部分的握持部43、43在閥座構件50的徑向CR夾持並被固定。

在該閥座構件50，將該閥座構件50之相對徑向CR之閥座部51的厚度設為第1厚度t1(0<t1)時，相對沿著氣體控制閥1之軸線方向AX的方向，在0.5t1≦t2≦1.5t1之範圍內形成是閥座構件50之高度的第2厚度t2，關於第1厚度t1及第2厚度t2的關係，將在後面詳述。

膜片閥體60例如由已施加在約200℃之高溫氣體的環境氣體下難發生熱變形之處理的Ni、Co系合金等的金屬所構成，是形成為向上方鼓起的倒盤形狀，並利用本身的彈力可在軸線方向AX上方恢復原形的金屬膜片閥體。膜片閥體60將其徑向CR中央部對準閥體壓件65之曲面形狀的下面，並與導件71所保持之閥體壓件65一體化。

又，該膜片閥體60係將在其徑向CR的周邊部夾入本體40與導件71之間並固定。導件71係藉由本體40與連結構件73的螺合而固定於本體40內，利用該連結構件73與固定構件74的螺合，而彈簧支撐構件72與連結構件73一體化。

閥桿66設置於活塞桿30的下部前端。閥桿66在閥體壓件65的上面側與閥體壓件65抵接。在閥桿66與彈簧支撐構件72之間，配設將閥桿66向下方偏壓之金屬製的彈簧67。

在此，說明Cv值的概念。Cv值係被定義為在將流體控制閥的閥體開閥既定開口大小之狀態，在將「輸入通口側與輸出通口側的壓力差保持於1psi(6.895kPa)，並以USgal/min(1Usgal=3.785L)(gpm)表示使60℉(約15.5℃)之清水流動的情況之清水的流量的數值」之無次元的數值。

該Cv值係使用流體流量計或流體壓力計等之周知的測量儀器實測所求得，在使閥體之開口大小全開時，將在約15.5℃之清水在差壓6.895kPa，以流量3.785L流動之情況的Cv值設為1。Cv值係根據下式所算出。

Cv值=Q‧(G/△P)^(1/2)

Cv值愈大的流體控制閥，在流體控制閥流動之流體的流量愈大。本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造係將主要以高溫氣體(例如H₂ 氣體、Ar氣體)等之氣體為控制的流體，並在使膜片閥體60全開時，閥座構件50與膜片閥體60的全行程(最大間隙)約1mm的流體控制閥作為對象。

即，在本實施形態的氣體控制閥1，全開時之膜片閥體60與閥座構件50之閥座部51的行程(間隙)St係被設定成在200℃之環境氣體下剛開閥後之狀態成為St=0.9(mm)，此時之Cv值為0.7。

其次，說明氣體控制閥1的作用。未向操作通口11供給引導空氣時，閥桿66利用彈簧67的偏壓力與閥體壓件65抵接，並經由閥體壓件65推壓膜片閥體60之徑向CR中央部。因此，如第1圖所示，膜片閥體60與閥座構件50的閥座部51抵接而閉閥，而遮斷從輸入通口41往輸出通口42之高溫氣體的流動。

在氣體控制閥1位於閉閥狀態時，第1貫穿孔31H與第1加壓室25連通，同時第2貫穿孔32H與第2加壓室26連通。

另一方面，向操作通口11供給引導空氣時，引導空氣經由引導孔30H，向第1貫穿孔31H與第2貫穿孔32H流動，而將第1加壓室25與第2加壓室26同時加壓。第1活塞21與第2活塞22利用被加壓的引導空氣，抵抗彈簧67的偏壓力而上昇。

此時，在第1缸體10及第2缸體15內，第1活塞21之上側及第2活塞22之上側的空氣分別從第1呼吸孔12及第2呼吸孔13被排出。第1及第2活塞21、22上昇時，經由活塞桿30，閥桿66離開閥體壓件65，而膜片閥體60之徑向CR中央部利用本身的彈力回到上方。因此，膜片閥體60與閥座構件50的閥座部51分開而開閥，高溫氣體從輸入通口41向輸出通口42流動。

在使已開閥之膜片閥體60閉閥時，經由操作通口11排出在第1加壓室25及第2加壓室26被加壓的引導空氣。

其次，作為閥座構件50之具體的形狀，關於第1、第2實施例之閥座構件50的形狀，使用第2圖及第3圖，說明第1厚度t1與第2厚度t2的關係。第3圖係表示第2實施例之氣體控制閥之閥座構造的說明圖，係相當於第1圖之A部的放大圖。

(第1實施例)

第1實施例係第2厚度t2如第2圖之閥座構件50的形狀所示，t2=1.25t1的情況，具體而言，例如是閥座部51之厚度(第1厚度)為t1=1.2(mm)、閥座構件50之高度(第2厚度)為t2=1.5(mm)的情況。

在第1實施例，氣體控制閥1位於閉閥狀態，開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口41經由閥室向輸出通口42持續流動，在開閥後經過既定時間時，測量全開時膜片閥體60與閥座構件50之閥座部51的行程St、及此時的Cv值。

在第5圖，表示就開閥後的時間與流動之高溫氣體之流量的關係，將第1實施例之氣體控制閥的閥座構造、與作為比較例之以往之流體控制閥的閥座構造對比的表。

在第1實施例，在200℃的環境氣體下，如第5圖所示，剛開閥後的行程St是St=0.9(mm)，自開閥後開始經過既定時間後的行程St是St=0.7(mm)。又，在剛開閥後，行程St是St=0.9(mm)時的Cv值是0.7(mm)，自開閥後開始經過既定時間後的行程St是St=0.7(mm)時的Cv值是0.5。即，在剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後，行程差為△St=0.2(mm)之減少時，Cv值的差止於0.2之降低。

相對地，在比較例，雖然剛開閥後的行程St是St=0.9(mm)，但是自開閥後開始經過既定時間後的行程St是St=0.5(mm)。又，雖然剛開閥後，行程St是St=0.9(mm)時的Cv值是0.7，但是自開閥後開始經過既定時間後的行程St是St=0.5(mm)時的Cv值降至0.3。即，在剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後，行程差為△St=0.4(mm)之減少時，Cv值的差降低至0.4。

其次，考察第1實施例與比較例的結果。

氣體控制閥1是藉由膜片閥體60與閥座構件50抵接或分開，而控制高溫氣體等之流體之流動的閥，在閉閥狀態，膜片閥體60咬入閥座構件50的閥座部51，而與閥座部51密接，藉此，遮斷高溫氣體等之流動。又，在開閥狀態，在閥室流動之高溫氣體等的流量係由閥座構件50與膜片閥體60分開時之行程St所決定。

在膜片閥體60與閥座構件50之閥座部51抵接而閉閥時，閥座部51從膜片閥體60承受推壓力，在與膜片閥體60抵接的部分大為沈入。另一方面，從該狀態開閥時，來自膜片閥體60之推壓力所造成的反作用力作用於閥座構件50，而閥座構件50之沈入的部分想要恢復成沈入前的形狀。

又，如本實施形態所示，在流體為所舉例的高溫氣體，並利用氣體控制閥1控制該高溫氣體之流動的情況，位於氣體控制閥1之閥室的膜片閥體60及閥座構件50曝露於約200℃的高溫下。在此情況，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口41經由閥室向輸出通口42持續流動時，開閥後，沈入之閥座構件50的閥座部51想要逐漸恢復成沈入前的形狀。又，此時，因為閥室的溫度比高溫氣體未流通之閉閥狀態時的溫度更上昇，所以伴隨該溫昇，閥座構件50熱膨脹。

在氣體控制閥1，開閥後，在高溫氣體流動之間，相當於因反作用力而朝向膜片閥體60的復原量、與因閥室的溫昇而朝向膜片閥體60之熱膨脹量的和之量的變形，在開閥後，隨著時間經過，同時發生於閥座部51(閥座構件50)，而閥座構件50的閥座部51與膜片閥體60之實質上的行程St變化。

即，因為在剛開閥後為閥座部51沈入之狀態，而且閥座部51成為高溫氣體所流通前的冷溫度，所以閥座部51的上面成為比沈入前更遠離膜片閥體60之狀態，而閥座部51與膜片閥體60之行程St變長。

另一方面，在開閥後，經過既定時間時，閥座部51彈性地復原，而且，閥座部51因閥室的溫度上昇至所流通之高溫氣體的溫度而膨脹，閥座部51的上面成為比沈入之狀態更接近膜片閥體60的狀態，而閥座部51與膜片閥體60的行程St變短。因此，在剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後，因為閥座部51與膜片閥體60的行程St變化，所以在開閥時高溫氣體在閥室流通之間，高溫氣體的流量(Cv值)在剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後發生變動。

在本實施形態，閥座構件50具有形成環形，並與膜片閥體60抵接的閥座部51，在閥座構件50的徑向CR，將閥座部51之厚度設為第1厚度t1(0<t1)時，在沿著該氣體控制閥1之軸線方向AX的閥座高度方向，是閥座構件50之高度的第2厚度t2形成為是0.5t1≦t2≦1.5t1之範圍內的t2=1.25t1倍。

膜片閥體60之推壓力作用於閥座構件50的閥座部51時，在將第2厚度形成為約第1厚度t1的約2.7倍之以往之金屬膜片閥(比較例)的閥座構造，例如閥座部的沈入量是0.5mm，閥座部的復原量是0.3mm。

相對地，在本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造，即使是大小相同的推壓力，閥座部51的沈入量為0.25mm等，小至約一半等。又，開閥後，因反作用力而往膜片閥體60之閥座構件50之閥座部51的復原量為0.15mm，亦與沈入量一樣，變成約一半等。

又，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口41經由閥室向輸出通口42持續流動時，閥室的溫度上昇至比高溫氣體未流通之閉閥狀態時的溫度更高，而閥座構件50(閥座部51)熱膨脹。將第2厚度t2形成為第1厚度t1的1.5倍以下之本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造、與將第2厚度t2形成為第1厚度t1的約2.7倍之以往之金屬膜片閥的閥座構造對比，在本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造，閥座構件50(閥座部51)的熱膨脹量(例如0.05mm)亦比以往之金屬膜片閥的閥座構造之情況的熱膨脹量(例如0.1mm)小了第2厚度t2與閥座構件50之閥座高度成正比變小的量。

因此，在本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造，開閥後，在閥座構件50，相當於反作用力所造成之復原量、與閥室的溫昇所伴隨之熱膨脹量的和之變形量被抑制成比以往之金屬膜片閥之閥座構造的情況小。

即，在利用氣體控制閥1控制所舉例之高溫氣體(流體)之流動的情況，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口41經由閥室向輸出通口42持續流動時，關於閥座構件50與膜片閥體60之實質上的行程St，比較剛開閥後，與自開閥後開始經過既定時間後，行程差亦比以往之閥座構造的情況小。結果，在開閥時高溫氣體在閥室持續流動之間，可將高溫氣體之流量的變動抑制成更小，在以往，雖然開閥後的Cv值降低至0.4，但是在本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造，可抑制至近年來在半導體製造等之精密元件製造領域所要求的0.2以內。

在半導體製造等之精密元件製造領域，使用很多如氣體控制閥1的流體控制閥，將開閥後之Cv值的降低抑制在0.2以內的要求係精密元件製造業界為了實現市場所要求之製品的高精度化及製品的高品質化，從精密元件製造業界所提出的。該要求係在自開閥後開始經過既定時間後，止於降低至相當於在剛開閥後之Cv值0.7之減少約30%之Cv值0.5，藉此成為確保精密元件(製品)之品質的標準。

另一方面，在本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造，因為閥座構件50將第2厚度t2形成為第1厚度t1的0.5倍以上，所以在成為閉閥狀態時，因為閥座構件50可充分確保膜片閥體60更深地咬入所需的變形量，所以閥座構件50與膜片閥體60密接，而可確保高密封性，可無洩漏地遮斷往輸出通口42之高溫氣體等之流體的流動。

(第2實施例)

第2實施例的閥座構件50A與第1實施例一樣，如第3圖所示，將固定部52A配置於握持部43、43之間，並在彼此相向的方向將位於徑向CR之徑內側的握持部43與位於徑外側的握持部43填隙，藉此，在徑向CR夾持，並被固定於本體40。

在本實施例，第2厚度t2如第3圖之閥座構件50A的形狀所示，是t2=0.63t1的情況，具體而言，例如將閥座部51A之厚度設為t1=2.2(mm)、將閥座構件50A之高度設為t2=1.5(mm)。在此情況，閥座部51A的沈入量量0.13mm，閥座部51A的復原量是0.10mm。

又，作為第2實施例的變形例，在第4圖，表示第2實施例的變形例之氣體控制閥之閥座構造的說明圖。在變形例，閥座構件50B如第4圖所示，將固定部52Bi、52Bo配置於握持部43、43之間，藉由將位於徑向CR之徑內側的握持部43與位於徑外側的握持部43在彼此相向的方向填隙，而在徑向CR夾持並固定於本體40。

具體而言，在本體40，在徑向CR，將中間突起部44立設於握持部43、43之間，以夾持該中間突起部44的方式配置位於徑向CR之徑內側的固定部52Bi、與位於徑向CR之徑外側的固定部52Bo。閥座構件50B利用該固定部52Bi、52Bo與中間突起部44定位，被握持部43、43及中間突起部44確實推壓而可固定。

關於第2實施例及變形例，因為亦是與上述之第1實施例一樣的考察，所以省略考察的說明。

說明具有上述的構成之本實施形態之氣體控制閥1之閥座構造的作用、效果。

在本實施形態，在具有膜片閥體60、形成輸入通口41與輸出通口42的本體40、及設置於該本體40的閥座構件50，並藉由膜片閥體60對閥座構件50抵接或分開，而控制高溫氣體之流動之氣體控制閥1的閥座構造，閥座構件50具有形成環形，並由膜片閥體60所抵接的閥座部51，將在閥座構件50的徑向CR之閥座部51的厚度設為第1厚度t1(0<t1)時，在沿著該氣體控制閥1之軸線方向AX的方向，在0.5t1≦t2≦1.5t1之範圍內形成是閥座構件50之高度的第2厚度t2。因此，例如，在半導體製程，以由本實施形態之氣體控制閥1的閥座構造所構成之氣體控制閥1控制將H₂ 氣體、Ar氣體等加熱至約200℃之高溫氣體之流動的情況，從閉閥狀態進行開閥操作後，高溫氣體在長時間從輸入通口41經由閥室向輸出通口42持續流動時，在閥座構件50之閥座部51與膜片閥體60的行程St，可將在剛開閥後，與從開閥經過既定時間後的行程差抑制為小，而可使在氣體控制閥1的閥室流動之高溫氣體(流體)的流量變動變小。

因此，作為閥之流量控制精度，可將開閥後之Cv值的降低抑制在近年來半導體製造等之精密元件製造領域所要求的0.2以內，而可將在開閥狀態流動之流體流量的不均抑制為小。另一方面，在成為閉閥狀態時，膜片閥體60確實咬入閥座構件50的閥座部51，而與閥座構件50的閥座部51密接，可確保高密封性，並可無洩漏地遮斷往輸出通口42之高溫氣體等之流體的流動。

因此，在本實施形態的氣體控制閥1，具有可一面確保與膜片閥體60之密封性，一面在使所控制之高溫氣體持續流動之間，將其流量變動抑制為小的優異效果。

又，在本實施形態的氣體控制閥1，因為閥座構件50由PFA(四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物)等之氟系樹脂所構成，所以例如以金屬製等形成膜片閥體60時，可得到在閉閥時膜片閥體60適當地咬入閥座構件50之閥座部51之適當的硬度，而閥座構件50之閥座部51與膜片閥體60易密接。又，即使在控制具有腐蝕性之流體的情況，閥座構件50亦不會受到流體腐蝕。

此外，作為氟系樹脂，除了PFA(四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚物)以外，例如列舉PI(聚醯亞胺)、PVDF(聚偏二氟乙烯)(2氟化)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)(3氟化)、PTFE(聚四氟乙烯)(4氟化)等。

又，在本實施形態的氣體控制閥1，閥座構件50是與本體40分開，因為利用填隙固定於本體40的握持部43、43，所以可易於進行將閥座構件50安裝於本體40的作業。

又，在本實施形態的氣體控制閥1，閥座構件50具有位於閥座部51之下方的固定部52，固定部52形成為寬度比第1厚度t1更寬，閥座構件50利用是本體40之一部分的握持部43、43，在閥座構件50的徑向CR夾持固定部52而被固定。因此，閥座構件50在穩定狀態被固定。又，在閉閥時，即使在因膜片閥體60的動作異常，膜片閥體60未沿著該氣體控制閥1之軸線方向AX與閥座構件50的閥座部51抵接，而相對該軸線AX傾斜地與閥座構件50的閥座部51抵接的情況，閥座構件50亦不會偏離該徑向CR。

此外，該形態只不過是舉例，對本發明無任何限定，本發明係可在不超出其主旨之範圍內進行各種改良、變形。

(1)例如，在該實施形態，雖然將2個第1、第2缸體10、15與第1、第2活塞21、22設置於空氣控制部2，使其產生抵抗彈簧67之偏壓力的加壓力，但是配設於空氣控制部2之缸體及活塞的數量係可適當地變更。

(2)又，在該實施形態，雖然列舉在從操作通口11供給引導空氣時開閥之常閉式的氣體控制閥1，但是亦可係在從操作通口供給引導空氣時閉閥之常開式的流體控制閥。

1．．．氣體控制閥(流體控制閥)

40．．．本體

41．．．輸入通口

42．．．輸出通口

50．．．閥座構件

51．．．閥座部

52．．．固定部

60．．．膜片閥體

AX．．．軸線方向

CR．．．徑向

第1圖係表示實施形態之氣體控制閥的說明圖。

第2圖係第1圖之A部的放大圖，係表示第1實施例之氣體控制閥之閥座構造的說明圖。

第3圖係表示第2實施例之氣體控制閥之閥座構造的說明圖，係相當於第1圖之A部的放大圖。

第4圖係表示變形例之氣體控制閥之閥座構造的說明圖，係相當於第1圖之A部的放大圖。

第5圖係關於開閥後的時間、與流動之高溫氣體之流量的關係，將第1實施例與比較例加以對比的表。

第6圖係表示在專利文獻1所揭示之金屬膜片閥的說明圖。

第7圖係第6圖之B部的放大圖。

第8圖係表示在專利文獻2所揭示之金屬膜片閥的說明圖。

第9圖係第8圖之C部的放大圖。

第10圖係表示比較例之金屬膜片閥之閥座構造的說明圖。

1．．．氣體控制閥

2．．．空氣控制部

3．．．閥控制部

10．．．第1缸體

11．．．操作通口

12．．．第1呼吸孔

13．．．第2呼吸孔

15．．．第2缸體

21．．．第1活塞

22．．．第2活塞

23．．．分區構件

25．．．第1加壓室

26．．．第2加壓室

30．．．活塞桿

30H．．．引導孔

31H．．．第1貫穿孔

32H．．．第2貫穿孔

40．．．本體

41．．．輸入通口

42．．．輸出通口

50．．．閥座構件

60．．．膜片閥體

65．．．閥體壓件

66．．．閥桿

67．．．彈簧

71．．．導件

72．．．彈簧支撐構件

73．．．連結構件

74．．．固定構件

AX．．．軸線方向

CR．．．徑向

Claims

一種流體控制閥的閥座構造，在具有閥體、形成輸入通口與輸出通口的本體、及設置於該本體的閥座構件，並藉由該閥體對該閥座構件抵接或分開，而控制高溫流體之流動之氣體控制閥的閥座構造，其特徵在於：該閥座構件係由氟系樹脂所構成，且具有形成環形，並由閥體所抵接的閥座部；將在該閥座構件的徑向之該閥座部的厚度設為第1厚度t1(0<t1)時，在沿著該流體控制閥之軸線方向的方向，在0.5t1≦t2≦1.5t1之範圍內形成是該閥座構件之高度的第2厚度t2；在該高溫流體持續流動之間，Cv值的變動在0.2以內。
如申請專利範圍第1項之流體控制閥的閥座構造，其中該閥座構件係與該本體分開，並利用填隙固定於該本體。
如申請專利範圍第2項之流體控制閥的閥座構造，其中該閥座構件係更具有位於該閥座部之下方的固定部；該固定部係形成為比該第1厚度t1更寬；該閥座構件係利用該本體的一部分在該閥座構件的徑向夾持該固定部而被固定。