TWI677639B - 閥裝置及流體控制裝置 - Google Patents

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Kazunari Watanabe
中田知宏
Tomohiro Nakata
篠原努
Tsutomu Shinohara
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日商富士金股份有限公司
Fujikin Incorporated
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Abstract

[課題]本發明之課題係為提供一種小型化、且可改善對於彎矩(bending moment)之耐力的閥裝置。 　　[解決手段]本發明係具有：塊狀的閥本體(30)；筒狀的殼體(11)，該殼體(11)係內藏有驅動機構，且連接於閥本體(30)，並從該閥本體(30)的上表面(30t)朝向上方延伸，該驅動機構係驅動用來開閉流路的閥體；以及保護構件(50)，該保護構件(50)係與筒狀的殼體(11)及閥本體(30)抵接，用來抑制當彎矩作為外力作用在殼體(10)時，產生在殼體構件(12)與閥本體(30)之間的應力集中，該殼體構件(12)是位在殼體(10)的基座部分。

Description

閥裝置及流體控制裝置
本發明係關於一種流體控制裝置，其係將閥裝置、以及包括該閥裝置的流體機器予以疊層化的流體控制裝置。
例如：作為一種用來將各種處理氣(process gas)供給至半導體製造裝置等之腔室的流體控制裝置，在下述的引用文獻1中所揭示者係為人所知。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2015-175502號公報
[發明所欲解決之課題]
在上述般之流體控制裝置的領域中，係謀求比處理氣的供給控制更高的回應性，因此，必須儘可能地將流體控制裝置小型化、疊層化，將其設置在最靠近流體之供給對象的腔室的位置。 　　此外，半導體晶圓之大口徑化等的處理對象物，正逐步朝向大型化邁進，為此，就必須增加或維持從流體控制裝置供給至腔室內之流體的供給流量。 　　所以，使用於上述般之流體控制裝置的閥裝置，其塊狀之閥本體的尺寸、或是殼體的外徑都漸漸被縮小，該殼體係內藏有驅動裝置，該驅動裝置是驅動設置在閥本體上的閥體。另一方面，為了確保流量，必須在開閉閥時，確保膜片等之閥體的上升量等，所以閥裝置整體變為細長。 　　一旦閥裝置被小型化且相對地變細長時，因為操作的接觸等而使彎矩作用於閥裝置時，就會有集中在閥本體與殼體之連接部的應力容易變成過大的問題發生。
本發明的一個目的，即為提供一種小型化、且改善對於彎矩之耐力的閥裝置。 　　本發明的其他目的，係為提供一種將包括上述之閥裝置予以小型化、疊層化的流體控制裝置。 [用以解決課題之手段]
本發明的閥裝置，其特徵為：具有： 　　塊狀的閥本體，該塊狀的閥本體係畫定彼此對向的底面及上表面，並且畫定流體流路； 　　筒狀的殼體，該筒狀的殼體係內藏有驅動機構，且連接於上述閥本體，並從該閥本體的上表面朝向上方延伸，該驅動機構係驅動用來開閉上述流路的閥體；以及 　　保護構件，該保護構件係與上述殼體及上述閥本體抵接，用來抑制當彎矩作為外力作用在上述殼體時，發生在上述殼體的基座部分與上述閥本體之間的應力集中。
上述保護構件以具有環狀構件為佳，該環狀構件係固定在上述殼體之基座部分的外周， 　　上述環狀構件係可採用具有抵接端面的構造，該抵接端面是固定在上述殼體之基座部分的外周，並且是抵接於上述閥本體的上表面。 　　最好是可採用以下構造：在上述殼體的外周形成有螺紋部， 　　上述殼體係藉由螺合於形成在上述閥本體的螺絲孔，而與上述閥本體連接， 　　上述環狀構件係螺合於上述殼體的螺紋部。
亦可以採用以下構造來替代：上述保護構件具有：嵌合部，該嵌合部是嵌合在鄰接於上述連接部之上述殼體之基座部分的外周；以及固定部，該固定部是可固定在上述閥本體的上表面。
本發明的流體控制裝置，係為從上游側朝向下游側，配列有複數個流體機器的流體控制裝置，其特徵為： 　　上述複數個流體機器，係含有上述構造的閥裝置。 [發明效果]
根據本發明，藉由在殼體與閥本體之間設置保護構件，即可提昇閥裝置對於彎矩的耐力，該閥裝置是經小型化，且構成相對地細長。
以下，茲參照圖面來說明本發明的實施形態。 　　首先，參照圖10來說明適用本發明之流體控制裝置的一例。 　　圖10中所示的流體控制裝置，係在金屬製的基板BS上設有5條軌道構件500，該軌道構件500是沿著寬度方向W1，W2配列，且朝向長度方向G1，G2延伸。W1為正面側、W2為背面側，G1為顯示上游側的方向、G2為顯示下游側的方向。在各軌道構件500，係隔著複數個流路塊200而設有各種流體機器110A~110E，藉由複數個流路塊200，即從上游側朝向下游側，分別形成流體所流通之無圖示的流路。 　　在此，所謂的「流體機器」係為：使用於用來控制流體之流動的流體控制裝置的機器，具備劃定流體流路的本體，且在該本體的表面具有至少2個開口的流路口。具體而言，包括：開閉閥(二通閥)110A、調整器110B、壓力測定器110C、開閉閥(三通閥)110D、質量流量控制器110E等，但並非只限定於此。再者，導入管310係連接於上述無圖示之流路的上游側的流路口。 　　從圖10即可明瞭，一旦將流體機器小型化、疊層化，其整體就會形成細長。
本發明雖可適用於上述的開閉閥110A、110D、調整器110B等的各種閥裝置，在本實施形態中，是以適用於開閉閥的情形為例來加以說明。 　　圖1A~圖1D為本發明之一實施形態的閥裝置、圖2係顯示從圖1A的閥裝置中取下保護構件的狀態、圖3A，3B為顯示保護構件的構造圖、圖4為用來說明保護構件的作用。 　　閥裝置1係具有：殼體10；閥本體30；以及保護構件50。圖中的箭頭A1，A2為上下方向，A1係表示上方向、A2為下方向。箭頭B1，B2係為閥裝置1之閥本體30的長度方向，B1係顯示其中一端側、B2為另一端側。C1，C2係顯示與閥本體30之長度方向B1，B2正交的寬度方向，C1顯示前面側、C2為背面側。
閥本體30係形成塊狀，在其底面30b畫定有呈開口之的氣體等的流路31，32。在流路31，32之底面30b的開口周圍，形成有保持無圖示之密封構件的凹狀的保持部31a，32a。流路31，32係在形成於閥本體30之上側部的閥室彼此相通。 　　如圖1A，1B所示，閥本體30在俯視的視角中，具有長方形狀，閥本體30的上表面係由：設有殼體10，且位最高位置的上表面30t；位在比上表面30t更為下側方向A2的上表面30t1；以及位在比上表面30t1更加下側方向A2的上表面30t2所構成，成為具有階差的構造。在長度方向B1，B2的一端側與另一端側雙方，係形成有從上表面30t2朝向底面30b形成的貫通孔30h。在如圖10所示的流路塊200上，用來固定閥本體30的連結連栓係插入至貫通孔30h。 　　從圖1C即可明瞭，殼體10以及保護構件50的外輪廓，在俯視的視角中，是包含於上述閥本體的上表面之內。
如圖1D所示，閥座41係設置在閥本體30之閥室內的流路31的周圍。閥座41係由PFA、PTFE等樹脂形成為可彈性變形。 　　膜片40作為閥體的功能，具有比閥座41更大的直徑，由不鏽鋼、NiCo系合金等金屬、或氟系樹脂，形成可彈性變形為球殻狀。膜片40透過按壓接頭42，被後述之殼體構件12的下端面壓向閥本體30，而可以和閥座41抵接、分離的方式，被閥本體30所支持。 　　在圖1D中，膜片40係被膜片按壓件16所按壓而彈性變形，呈現被壓向閥座41的狀態。當放開來自膜片按壓件16的按壓時，即恢復成球殻狀。在膜片40被閥座41按壓的狀態下，流路31關閉，當膜片按壓件16朝向上側方向A1移動時，膜片40從閥座41離開，流路31開啓，即與流路32連通。
殼體10係由：圓筒狀的殼體構件11；以及連接在殼體構件11之下端側的殼體構件12所構成，在其內部內藏有驅動機構，該驅動機構係藉由無圖示的致動器或手動來驅動閥體的機構等。致動器例如為：被壓縮空氣所驅動的活塞等，但不受限於此，亦可採用壓電致動器、螺線管致動器等各種的致動器。 　　內藏有驅動機構的殼體構件12，可以是構成驅動機構的一部分，也可以是和驅動機構為不同的個體。
在殼體構件12內係設有：可動部13；以及透過軸部14而與可動部13連結的按壓構件15，該可動部13係藉由內藏於殼體10的驅動機構，而可朝向上下方向A1，A2移動，在軸部14與殼體構件12之間設有O形環OR，將閥室側與驅動機構側之間予以密封。當按壓構件15被驅動朝向下側方向A2時，膜片40即透過膜片按壓件16受到按壓。
如圖1D所示，在殼體構件12的外周係形成螺紋部12a。在閥本體30，係從上表面30t朝向底面30b形成螺絲孔30a，藉由將殼體構件12的螺紋部12a螺合於螺絲孔30a，即可將殼體構件12的前端部分連接在閥本體30，而以前端部來按壓按壓接頭42。如圖2所示，比螺紋部12a的上表面30t更加上方的部分，係作為殼體10的基座部分，從閥本體30朝向外部露出。在本實施形態中，在從殼體構件12的螺紋部12a的閥本體30朝向外部露出的部分，係設有後述的保護構件50。
在此，如圖2所示，在殼體構件12的外周沒有設置保護構件50的狀態下，一旦殼體10的彎矩M1作用，應力就會集中在殼體構件12的基座部分、與閥本體30之螺絲孔30a的開口端之間。特別是，不管是否已經縮小了殼體10的外徑與閥本體30的尺寸，只要殼體10的全長相對較長時，上述的應力集中仍有可能超出耐力。 　　因此，在本實施形態中，係將保護構件50固定在殼體構件12之基座部分的外周。
如圖3A以及3B所示，保護構件50係由金屬製的圓環狀構件所形成，並且具有上下對稱的形狀。在保護構件50的內周形成有：螺合於殼體構件12之螺紋部12a的螺絲部50a。此外，保護構件50的兩端面係成為由平面所成的抵接端面50t，如後所述般，抵接端面50t的其中一方係可抵接於閥本體30的上表面30t。因為抵接端面50t是由平面所構成，所以，抵接端面50t整體是可抵接於閥本體30的上表面30t。在保護構件50的側面設有複數個凹部51(參照圖5與圖6)，如後所述般，藉由設置治具70，即可使用扳手來轉動。該凹部51可以是貫通保護構件50，也可以是具有底部，該底部的深度大約設定在治具70的突起72不會接觸到的深度。 　　在圖3A以及3B所示的保護構件50，於端面圓周角部雖施以倒角處理，但為了加大抵接端面50t的面積，使其與上表面30t抵接的面積變大，倒角的大小以較小為佳。
如圖4所示，保護構件50藉由螺合在殼體構件12之外周的螺紋部12a，並抵接到閥本體30的上表面30t，而被固定在殼體構件12與閥本體30之間。再者，閥本體30是通過貫通孔30h，而被固定在流路塊200上。 　　在此狀態下，如上述般，當彎矩M1作用於殼體10時，應力會集中在殼體構件12的基座部分、與閥本體30之螺絲孔30a的開口端30EG，同時，在抵接到閥本體30之上表面30t的保護構件50的抵接端面50t，會承受來自閥本體30之上表面30t的反作用力R1。因為該反作用力R1，發生在殼體構件12的基座部分與閥本體30之螺絲孔30a的開口端30EG之間應力集中受到緩減，可控制應力集中變得太大。如此一來，殼體構件12的基座部分與閥本體30之螺絲孔30a的開口端30EG之間的應力就不易超過耐力。亦即，可提昇閥裝置1對於彎矩M1的耐性。
圖5以及圖6係顯示保護構件50之安裝步驟的一例。首先，如圖5所示般，在步驟S11中係預備：殼體10、閥本體30、以及保護構件50，在步驟S12中，使保護構件50螺合於殼體構件12的螺紋部12a。在步驟S13中，使螺紋部12a螺合於閥本體30的螺絲孔30a，將殼體10與閥本體30牢牢地固定。接下來，在圖6的步驟S14中，轉動螺合於螺紋部12a的保護構件50，將保護構件50下降到接觸到閥本體30的上表面30t後，準備治具70。 　　在圖7A~7C中，係分別顯示治具70的立體圖、俯視圖以及前視圖。如這些圖面所示，治具70整體是呈現出將螺帽切成一半的形狀，在內周面沒有螺紋溝，而是在內周面具有以預定間隔配置的一對突起72。突起72也可以是利用將銷嵌入到在治具本體71上所開孔的孔來形成。此時，使突起72的外徑尺寸大幅度地小於凹部51的內徑尺寸，即可使治具70構成容易嵌合於保護構件50。 　　如圖7A~7C所示般，在設有2個突起72的情況下，於治具70的使用狀態下，各個突起72之軸的延長線，以設在：保護構件50的圓環狀構件的中心，以90度交叉的位置為佳。 　　回到圖6，在步驟S15中，是以將治具70的突起72嵌入到保護構件50的凹部51的方式來安裝治具70。在步驟S16以及步驟S17中，利用扳手76來旋轉治具70以及保護構件50，使保護構件50牢牢地接觸並固定在閥本體30的上表面30t。 　　此外，也可以將突起72以及相同直徑的軸狀構件直接嵌合於凹部51，以代替使用治具70與扳手76，使保護構件50旋轉。
在本實施形態中，雖將保護構件50設定為圓環狀，但只要是環狀即可，外形不受限為圓形。但是，保護構件50的外輪廓必須要包含於閥本體30的上表面30t之內。 　　再者，本實施形態雖是利用螺合來固定保護構件50的構造，但也可以採用利用鉚接或熔接等其他的替代手段。
第2實施形態 　　圖8係顯示本發明之第2實施形態的閥裝置1A。有關和上述實施形態相同的構成部分，係使用相同的元件符號。 　　在本實施形態中，保護構件150的構造是不同於上述的保護構件50。 　　如圖9A以及圖9B所示，在俯視的視角中，保護構件150具有長方形的外形，在長度方向B1，B2的大約中央處具有嵌合部150a，該嵌合部150a是由貫通孔所形成，嵌合於殼體構件12的基座部分的外周。此外，保護構件150在長度方向的一端側以及另一端側係具有固定部150b，該固定部150b是用來將該保護構件150固定在閥本體的上表面30t、30t1、30t2，在這2個固定部係形成有貫通孔150h。如圖8所示，貫通孔150h係與閥本體30的貫通孔30h對準，使無圖示之共通的連結螺栓可插通到貫通孔30h，150h。又，保護構件150的形狀係大致和上表面的外形狀相同，該上表面是由閥本體30的上表面30t，30t1，30t2所形成。此外，保護構件150之下面150c側的形狀，係形成適合閥本體30之上表面的階差形狀。
在圖8所示的狀態下，當在上述實施形態中所說明的彎矩作用於殼體10時，對抗彎矩的反作用力就會從保護構件150之嵌合部150a的內周面，作用於殼體構件12。如此一來，即可緩和集中在殼體構件12的基座部分與閥本體30之間的應力大小。亦即，可提昇閥裝置1A對於彎矩的耐性。
在本實施形態中，雖是為利用閥本體30的貫通孔30h來固定保護構件150的構造，但也可以是將保護構件150直接固定在閥本體30。
在上述實施形態中，雖是以在複數的流路塊200搭載閥裝置者來作為流體控制裝置，但本發明的閥裝置除了分割型的流路塊200之外，亦可適用於一體型的流路塊或流路板。
在上述實施形態中，雖然最好是以能自動開閉致動器者來作為本發明的閥裝置，但不限定於此，本發明亦可適用於手動閥。
1‧‧‧閥裝置
10‧‧‧殼體
11、12‧‧‧殼體構件(殼體)
12a‧‧‧螺紋部
13‧‧‧可動部
14‧‧‧軸部
15‧‧‧按壓構件
16‧‧‧膜片按壓件
30‧‧‧閥本體
30a‧‧‧螺絲孔
30b‧‧‧底面
30h‧‧‧貫通孔
30t‧‧‧上表面
31，32‧‧‧流路
31a，32a‧‧‧保持部
40‧‧‧膜片
41‧‧‧閥座
50‧‧‧保護構件
50a‧‧‧螺絲部
50t‧‧‧抵接端面
51‧‧‧凹部
70‧‧‧治具
71‧‧‧治具本體
72‧‧‧突起
76‧‧‧扳手
150‧‧‧保護構件
150a‧‧‧嵌合部
150b‧‧‧固定部
150h‧‧‧貫通孔
110A‧‧‧開閉關(2通閥)(閥裝置)
110B‧‧‧調整器(閥裝置)
110C‧‧‧壓力測定器(流體機器)
110D‧‧‧開閉閥(3通閥)(閥裝置)
110E‧‧‧質量流量控制器(流體機器)
[圖1A]為本發明之一實施形態之閥裝置的前視圖。 　　[圖1B]為圖1A之閥裝置的上表面圖。 　　[圖1C]為圖1A之閥裝置的底面圖。 　　[圖1D]為取出圖1A之流體控制裝置之局部之的組裝體的外觀立體圖。 　　[圖2]為從圖1A的閥裝置中，取出保護構件的狀態圖。 　　[圖3A]為本發明之一實施形態的保護構件的上表面圖。 　　[圖3B]為圖3A之3C-3C線的剖面圖。 　　[圖4]為用來說明保護構件之作用的要部放大圖。 　　[圖5]係顯示保護構件的安裝步驟圖。 　　[圖6]係顯示保護構件的安裝步驟圖。 　　[圖7A]為治具的立體圖。 　　[圖7B]為圖7A之治具的俯視圖。 　　[圖7C]為圖7A之治具的前視圖。 　　[圖8]為本發明之其他實施形態的閥裝置，包括其剖面的前視圖。 　　[圖9A]為本發明之其他實施形態之保護構件的上表面圖。 　　[圖9B]為圖9A之6B-6B線的剖面圖。 　　[圖10]係顯示適用本發明之流體控制裝置之一例的立體圖。

Claims (8)

  1. 一種閥裝置，其特徵為：具有：塊狀的閥本體，該塊狀的閥本體係劃定彼此對向的底面及上表面，並且劃定流體流路；膜片，該膜片設置成可開閉上述流體流路；以及筒狀的殼體，該筒狀的殼體係內藏有驅動上述膜片的驅動機構，且連接於上述閥本體，並從該閥本體的上表面朝向上方延伸；上述殼體的外周係形成螺紋部；上述殼體，係藉由螺合於形成在上述閥本體的螺絲孔，而與上述閥本體連接，且藉由上述殼體的下端部按壓上述膜片的外周緣部，而將上述膜片固定於上述閥本體；上述閥裝置，具有：保護構件，該保護構件係與上述殼體及上述閥本體抵接，用來抑制當彎矩作為外力作用在上述殼體時，發生在上述殼體的基座部分與上述閥本體之間的應力集中；上述保護構件係由環狀構件所形成，該環狀構件係固定在上述殼體之基座部分的外周，上述環狀構件係具有：抵接端面，該抵接端面係固定在上述殼體之基座部分的外周，並且抵接於上述閥本體的上表面。
  2. 如請求項1所述的閥裝置，其中，上述殼體以及保護構件的外輪廓，在俯視的視角中，係包含於上述閥本體的上表面之內。
  3. 如請求項2所述的閥裝置，其中，在上述殼體的外周形成有螺紋部，上述殼體係藉由螺合於形成在上述閥本體的螺絲孔，而與上述閥本體連接，上述環狀構件係螺合於上述殼體的螺紋部。
  4. 如請求項1所述的閥裝置，其中，上述保護構件係具有：嵌合部，該嵌合部是嵌合在上述殼體之基座部分的外周；以及固定部，該固定部是可固定在上述閥本體的上表面。
  5. 如請求項4所述的閥裝置，其中，上述殼體以及保護構件的外輪廓，在俯視的視角中，係包含於上述閥本體的上表面之內。
  6. 一種閥裝置，其特徵為：具有：塊狀的閥本體，該塊狀的閥本體係畫定彼此對向的底面及上表面，並且畫定流體流路；筒狀的殼體，該筒狀的殼體係內藏有驅動機構，且連接於上述閥本體，並從該閥本體的上表面朝向上方延伸，該驅動機構係驅動用來開閉上述流路的閥體；以及保護構件，該保護構件係與上述殼體及上述閥本體抵接，用來抑制當彎矩作為外力作用在上述殼體時，發生在上述殼體的基座部分與上述閥本體之間的應力集中，上述閥本體在長度方向的一端側及另一端側，係具有：連結螺栓用的貫通孔，該連結螺栓是用來將該閥本體連結在其他構件，上述保護構件的固定部係具有：貫通孔，該貫通孔在上述嵌合部嵌合於上述殼體之基座部分的外周的狀態下，與上述貫通孔對準。
  7. 如請求項1所述的閥裝置，其中，上述保護構件，係在上述環狀構件的側面具有凹部。
  8. 一種流體控制裝置，其係為從上游側朝向下游側，配列有複數個流體機器的流體控制裝置，其特徵為：上述複數個流體機器，係含有請求項1至6中之任一項中所述的閥裝置。
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