JPH0771628A - オールメタルダイアフラム弁 - Google Patents

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メタルダイアフラムの耐久性と
シール性能等を向上させること。 【構成】 金属製の弁箱と、この弁箱と一体或いは別体
に形成された金属製の弁座と、周縁部を前記弁箱に密封
狭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この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、この
負荷手段と前記メタルダイアフラムとの間に介在させた
押圧部材とを有するオールメタルダイアフラム弁におい
て、前記押圧部材は、金属製とすると共にメタルダイア
フラムとの接触面に樹脂製のコーテング層を設けたオー
ル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金属製のメタルダイアフ
ラムを直接着座あるいは離座させるオールメタルダイア
フラム弁に関するものである。

【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。

【０００３】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ｐｐｔ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も
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。

【０００４】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好ましいと考えられるよ
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）樹脂製弁座と同等あるいはそれ以上のシール特性を
（１×１０-7〜１×１０-9atm cc/sec程度）を有するこ
と。

【０００５】この要求に対処したものとして特開平2-51
671 号において一つの提案がなされている。このメタル
ダイアフラム弁は、弁箱と一体に弁座を形成すると共に
弁内部の流体接触面を鏡面仕上げし、さらに上記弁座に
対しメタルダイアフラムを接離するべく弁開閉用駆動部
材を設け、この部材とメタルダイアフラムとの間にポリ
イミド樹脂等の弾性押圧手段を設けたものである。従っ
て、メタルダイアフラムに作用する押圧力の作用点や作
用方向などに若干の変位や傾斜があってもこの弾性押圧
手段によって、吸収ないし補正がなされ、弁座面に対す
るシール面圧を均等に分布することができる。この結果
シール性能を向上したというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本願発明者はこ
の提案にそって、ポリイミド製の押圧部材と、金属製の
押圧部材とを用意し、これらを空圧式のオールメタルダ
イアフラム弁に用いて開閉試験を行なった。

【０００７】この試験で使用した後のメタルダイアフラ
ムを観察すると、メタルダイアフラムのシール面に、金
属製弁座のシール面に相当する円環状の圧痕が永久歪と
して残っていることが確認された。この試験ではメタル
ダイアフラムは同質のものを３枚重ねて用いたが、金属
製押圧部材の場合３枚共この圧痕が残されており、ポリ
イミド製押圧部材の場合もほぼ３枚共に圧痕が残されて
いた。従って、この状態で開閉が繰り返されると圧痕部
分からクラックが生じ、メタルダイアフラムが疲労破壊
するおそれがある。またそこまでいかなくても圧痕に共
なうキズが生長し漏れが容易に発生することになる。さ
らに、オールメタルで所望の漏れ止め性能を得るために
は約200Kgfの推力が必要であるが、押圧部材には位置決
め用の切り欠きがあり、これが起点となりポリイミド製
の押圧部材は試験の途中で本体にクラックが生じて割れ
てしまうという悪い結果となった。全部がポリイミド樹
脂では全体的に硬く、大きな推力を受けたときには脆い
という欠点がある。

【０００８】本発明は上述のような問題点を解決するも
ので、シール特性は従来と同等あるいはそれ以上であっ
て、メタルダイアフラムに圧痕などが生じにくく、高推
力で使用しても耐久性のあるのオールメタルダイアフラ
ム弁を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属製の弁箱
と、この弁箱と一体或いは別体に形成された金属製の弁
座と、周縁部を前記弁箱に密封狭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金属製のダイア
フラム（メタルダイアフラム）と、このメタルダイアフ
ラムの中央部を前記弁座方向に変位させる負荷手段と、
この負荷手段と前記メタルダイアフラムとの間に介在さ
せた押圧部材とを有するオールメタルダイアフラム弁に
おいて、前記押圧部材を金属製とし、メタルダイヤフラ
ムとの接触面に樹脂製のコーティング層を設けたオール
メタルダイアフラム弁である。ここで、樹脂を耐熱ふっ
素樹脂（ＰＦＡ：四ふっ化エチレンパーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体）とし、コーティング層の厚
さはメタルダイアフラムの総厚さの２０％以上であるこ
とが望ましい。

【００１０】

【作用】高圧弁の場合また手動弁でも非常に強い力をか
けた場合、樹脂製の押圧部材では強度的に不安があるの
で押圧部材は金属製とした。しかしながら、メタルダイ
アフラムとの接触面には耐熱ふっ素樹脂、例えばポリテ
トラフロロエチレン（以下ＰＴＦＥという）樹脂の比較
的軟らかくて耐熱性のある樹脂材のコーティング層を形
成し、これがあるので金属対金属の接触であってもそれ
を支える背面が緩衝部となってなじみ性が改善され漏れ
止め性能が高くなる。即ち、推力は金属部分で受け、な
じみ吸収作用はコーティング層で受け持つというように
１つの押圧部材でも異なった作用をなすようにした。

【００１１】また、メタルダイアフラム１枚の厚さは通
常0.1〜0.15mm程度で２枚ないし５枚重ねて使用され
る。弁座側は鏡面仕上げをしているもののＲmax0.1〜0.
2程度の表面あらさやうねりが生じて残ることもある。
これらの表面状態の善し悪しを押圧部材側の樹脂コーテ
ィング層が吸収するのであるが、このコーティング層の
厚さがメタルダイアフラムの総厚さに対し小さい（20％
以下）と弁座側の表面あらさやうねりに追従できず上記
した効果が有効に現われないので、20％以上という適度
な厚さを持たせるようにした。また、閉弁時のダイアフ
ラムの形状のばらつきをコーテイング層によって吸収す
ることが可能となった。

【００１２】

【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は空圧作動式メタルダイアフラム弁の全
閉状態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SUS316L等の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に密封狭持する。これによって密封された
流体室11が形成される。

【００１３】メタルダイアフラム５は、弾性変形可能な
Ni-Co系の金属材料からなり、自由状態でその中央部が
上方に膨出した形状で２乃至５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。

【００１４】一方負荷手段10は、従来公知の空圧式のア
クチュエータである。シリンダ９と弁棒８は止め輪等を
介して一体化されており、常時はばね１３によって弁棒
８を下方に押しやって結果的に閉弁状態にしている。開
弁するときは上部のエア導出入口からエアを導入し弁棒
に形成した図示せぬ孔を通ってシリンダ９の下部室にエ
アを入れてこの力でばねに抗してシリンダ９と弁棒８を
押し上げて行なう。尚弁棒は手動でも磁力などでも自由
に昇降させるようにすればよい。

【００１５】上記の弁棒８の昇降にともなう作動をもう
少し説明しておくと、空気圧でも手動でも弁棒８が昇降
することによって、メタルダイアフラム５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を下降させると最下端面は押圧部材を介して
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。

【００１６】また上記弁座４とメタルダイアフラム５の
接触面の表面粗さは共にRmax0.2μm以下と同程度の表面
仕上げが施されている。またその他の流体接触面にも適
宜の表面仕上げが施されている。

【００１７】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、押圧部材１２は銅合金製からなり上面１
２１は弁棒８と当接する平面とし（球心効果を持たせる
ためにこの間にボールを介在させても良い）下面１２２
はメタルダイアフラムを適度な面をもって押さえるため
に大きな曲率半径の曲面となっている。そして接触面と
なるこの曲面にＰＴＦＥコーテング層１２３を設けてい
る。ＰＴＦＥは高温でも安定しているし比較的柔らかい
ので、使用とともに接触面のなじみ性が向上し漏れ止め
性能が安定する。またＰＴＦＥコーテング層の厚さは約
0.1mmとした。これはこの例のメタルダイアフラムの厚
さが約0.1mmでこれを５枚重ねているので全体で0.5mmこ
れの20％で0.1mmとした。

【００１８】次にこのオールメタルダイアフラム弁を用
いてHeリークディテクターによる漏洩試験を行った。こ
の結果、漏れについて従来と同等のシール性能が得られ
た。さらにこの試験に併用したメタルダイアフラムを観
察したところ圧痕などの異常は認められなかった。さら
にその後数万回の試験を行ったがシール性能及びメタル
ダイアフラムに異常は認められなかった。以上のよう
に、軟質部材の効果によりメタルダイアフラムに圧痕又
はキズが生じず、シール性が保持されると共に耐久性が
向上する。さらに高温で使用しても流量特性に変化がな
い。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば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るが、押圧部材は十
分な強度を持つ金属製としこれの下面に樹脂製の柔軟緩
衝部分、即ち樹脂コーテング層を設けたのでシール特性
は従来と同等あるいはそれ以上であって、メタルダイア
フラムに圧痕又はキズなどが生じることがなく流量特性
が安定で耐久性のあるメタルダイアフラム弁を提供する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すメタルダイアフラム
弁の縦断面図である。

【図２】 本発明の押圧部材の断面図である。

【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 12…押圧部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の弁箱と、この弁箱と一体或いは
   別体に形成された金属製の弁座と、周縁部を前記弁箱に
   密封狭持すると共に中央部が前記弁座に対し直接接離自
   在に対向する金属製のダイアフラム（メタルダイアフラ
   ム）と、この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、この負荷手段と前記メタル
   ダイアフラムとの間に介在させた押圧部材とを有するオ
   ールメタルダイアフラム弁において、前記押圧部材は、
   金属製としメタルダイアフラムとの接触面に樹脂製のコ
   ーティング層を設けたことを特徴とするオールメタルダ
   イアフラム弁。
2. 【請求項２】 前記コーティング層は、耐熱ふっ素樹脂
   のコーティングであって、この層の厚さは、前記メタル
   ダイアフラムの総厚さの２０％以上であることを特徴と
   する請求項１記載のオールメタルダイアフラム弁。