JP2009522526A - 溶接されたダイヤフラムバルブ - Google Patents

Abstract

バルブはバルブ本体と、ダイヤフラムアセンブリとアクチュエータアセンブリとを備え、アクチュエータアセンブリはアクチュエータを外部雰囲気から遮断するハウジングを有する。幾つかの実施例では、ダイヤフラムアセンブリは同ダイヤフラムアセンブリの周囲で流体の漏れを減少、または皆無とすべくバルブ本体に溶接されている。これに加えて、或いはこれに代えて、アクチュエータアセンブリのハウジングは流体の漏れを減少、または皆無とすべくバルブ本体に溶接されている。幾つかの実施例において、バルブは超音波式溶接方法を使用して形成されている。

Description

本発明はバルブ、より詳細には溶接された部品を備えたダイヤフラムバルブに関する。

半導体業界では腐食性の高い流体を搬送するために色々なバルブが使用されている。これらのバルブが流体の流れの中に休止したり、活動がなくなったりする箇所を生じさせることなく、流体の停滞に伴う変質や固化に起因する流体の汚染を防止することは重要である。加えて、半導体業界では腐食性が高い流体がしばしば用いられるため、漏洩の原因となる箇所や封止箇所の数を最小限に維持することが重要である。

また、バルブは腐食性のある流体に対する耐性が高い材料から形成される必要がある。通常、バルブの金属部品と接触しないようにする必要がある。バルブの部品中で流体と接触するものは通常、パーフルオロアルコシー（ＰＦＡ）、ポリビニルリデン（ＰＶＤＦ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフオロポリマー系樹脂材料によって形成される。

しかし、上記した構造のバルブではダイヤフラムアセンブとバルブ本体との境界部分や、バルブ本体とハウジング構成部品との境界部分に流体の漏洩が発生することがある。半導体業界において使用される流体は腐食性が高い傾向が大きいところから、流体の漏洩は周囲の処理ラインの損傷や、作業効率の低下の原因となり、ひいては製造コストの増大を招来する。

従って、バルブ業界においては、流体の漏れる可能性が少ない、或い可能性が皆無な半導体の製造に使用されるバルブが懸案されている。

本発明によると、半導体製造業界の需要に応え、流体の漏洩が減少、または皆無となったバルブが提供される。一実施例において、バルブはバルブ本体と、ダイヤフラムアセンブリとアクチュエータアセンブリとを備え、アクチュエータアセンブリはアクチュエータを外部雰囲気から遮断するハウジングを有する。幾つかの実施例では、ダイヤフラムアセンブリは同ダイヤフラムアセンブリの周囲で流体の漏れを減少、または皆無とすべくバルブ本体に溶接されている。これに加えて、或いはこれに代えて、アクチュエータアセンブリのハウジングは流体の漏れを減少、または皆無とすべくバルブ本体に溶接されている。幾つかの実施例において、バルブは超音波式溶接方法を使用して形成されている。

一実施例において、バルブは流体の導入路、流体の退出路、及び流体チェンバを有する。流体チェンバは内壁と開放側面とを備える。前記内壁に導入路及び退出路の開口が形成されて導入路、退出路及び流体チェンバは互いに連通している。さらにバルブシート部は流体チェンバにおける導入路の開口を包囲している。ダイヤフラムアセンブリは流体チェンバの開放側面を封止して閉塞するように配置され、開放側面をの周囲に対して連続的に溶接されている。ダイヤフラムアセンブリは流体チェンバに向かって配置されたバルブ部材を有し、同バルブ部材はバルブシートに密着してバルブを通過する流体の流れを遮断するバルブ閉鎖位置と、バルブ部材がバルブシートから離間して流体がバルブを通過することを許容するバルブ開放位置との間で選択的に移動される。

一態様において、ダイヤフラムバルブは流体の導入路、流体の退出路、及び流体チェンバを有する。流体チェンバは内壁と開放側面とを備える。前記内壁に導入路及び退出路の開口が形成されて導入路、退出路及び流体チェンバは互いに連通している。バルブは流体チェンバにおける導入路の開口を包囲しているバルブシート部と、流体チェンバに向かって配置されたバルブ部材を有する弾性ダイヤフラムアセンブリを備える。弾性ダイヤフラムアセンブリはバルブ部材がバルブシートに密着してバルブを通過する流体の流れを遮断するバルブ閉鎖位置と、バルブ部材がバルブシートから離間して流体がバルブを通過することを許容するバルブ開放位置との間で選択的に移動される。アクチュエータアセンブリは弾性ダイヤフラムアセンブリをバルブ開放位置とバルブ閉鎖位置との間で選択的に移動させるために弾性ダイヤフラムアセンブリに対して動作可能に連結されている。幾つかの実施例においてダイヤフラムアセンブリはバルブ本体に対して超音波式溶接方法により溶接される。

別の態様において、本発明は 流体の導入路、流体の退出路、及び内壁と開放側面とを備えた流体チェンバを画定し、前記内壁に導入路及び退出路の開口を形成して導入路、退出路及び流体チェンバを互いに連通させ、さらに流体チェンバにおける導入路の開口を包囲するようにバルブシート部を設けてバルブ本体を構成する工程と、バルブ部材と弾力性を備えたダイヤフラムとを有する弾力性を有するダイヤフラムアセンブリを形成する工程と、バルブ部材がバルブシートに密着してバルブを通過する流体の流れを遮断するバルブ閉鎖位置と、バルブ部材がバルブシートから離間して流体がバルブを通過することを許容するバルブ開放位置との間でダイヤフラムアセンブリが選択可能に移動させるべく、バルブ部材を流体チェンバに向けて配置した状態で、流体チェンバの開放側面にダイヤフラムアセンブリを溶接する工程とにより製造されたダイヤフラムバルブに関する。さらに、ダイヤフラムアセンブリの周囲における流体の漏洩を防止すべく、ダイヤフラムアセンブリはバルブ本体に対して超音波式溶接方法により溶接される。

バルブ１０は本体１２、ダイヤフラムアセンブリ１４及びアクチュエータアセンブリ１６からなる。本体１２は一対の突出するニップル２０，２２を備える中央部１８を有する。前記ニップル２０から導入路２４が中央部１８に延びて上方に指向し、流体チャンバ２６に達している。同流体チャンバ２６内において、導入路２４の終端部分はバルブシート２８により包囲されている。また、流体チェンバ２６より中央部１８及びニップル２２を通過して退出路３０が延びている。各ニップル２０，２２はネジ切り領域３８を有し、このネジ切り領域３８には内周面にネジ切り処理が施された密嵌スリーブ４０が取り付けられる。これにより、バルブ１０が図示しないパイプやチューブに対して取り付け可能になる。パイプやチューブをバルブ１０に接続する構成は、前記した螺合による接続以外にもフレアー形状に基づく連結、平行ネジに基づく連結又は溶接を採用してもよい。

ダイヤフラムアセンブリ１４はダイヤフラムアセンブリ主要部４２とダイヤフラムリテーナ４４からなる。通常、バルブ本体１２内を流れる流体を規制するダイヤフラムアセンブリはバルブ１０内に設けられる。好適なダイヤフラムアセンブリの例として、米国特許出願第１０／８８６９３８号明細書及び米国特許第６５７５１８７号明細書に記載された「三方向プラスティック弁（Three-Way Plastic Valve）が挙げられる。なお、これら明
細書の内容はここに開示されたものとする。

ダイヤフラムアセンブリ主要部４２は一体的に形成され、中央バルブ部材６２と、ダイヤフラム６６に結合された外周リング６４とを有する。中央バルブ部材６２はバルブシート２８に係合可能なバルブ面６８を有し、バルブ１０が閉鎖位置にあるとき、バルブ面６８とバルブシート２８とにより流体の流れが封鎖される。中央バルブ部材６２は上方に向かって開口するネジ切り凹部７０を有する。

ダイヤフラムリテーナ４４は一体状をなす本体部７２を有し、同本体部７２は中央孔７４が外方に向かって形成された肩部７６とをからなる。肩部７６には外周面において周方向に延びる溝７８が設けられている。

図３ａに示すように、幾つかの実施例において、ダイヤフラムアセンブリ１４はバルブ本体１２に溶接されて、連続的にシールする接合部、即ち溶接部２００を構成し、同溶接部２００によりダイヤフラムアセンブリ１４の周りで流体が漏洩することが減少、または回避される。溶接部２００はダイヤフラムアセンブリ主要部４２の外周全体に連続的に延びることが好ましい。幾つかの実施例においては、ダイヤフラムアセンブリ１４及びバルブ本体１２はＰＦＡ又はＰＦＡ組成物より形成され、溶接部２００は一方のＰＦＡ又はＰＦＡ組成物の面をもう一方のＰＦＡ又はＰＦＡ組成物の面に接合している。ダイヤフラムアセンブリ１４はバルブ本体１３に対して適宜な溶接技術、例えば超音波溶接、摩擦溶接、振動溶接、熱溶接、融接及びこれらの組み合わせにより溶接される。赤外線加熱によりポリマー系樹脂材料を接合する方法は「フルオロポリマー材よりなるパイプと相手部材との溶接方法」と題した米国特許第４９２９２９３号明細書に記載されており、その内容はここに開示したものとする。

上記したように、幾つかの実施例において、ダイヤフラムアセンブリ１４はバルブ本体１２対して超音波溶接方法によって溶接され得る。通常、超音波式の溶接では接合、即ち溶接を行うために機械的は振動が使用される。超音波式溶接の中には、溶接されるべき対象が振動ホーンと不動のアンビルとの間に保持され接合領域に対して振動が直角に作用するものがある。高周波のストレスに代えて、接合される境界面に熱を発生させて適切な溶接が行われるものもある。通常、振動の周波数は高く、例えば約１０−７０ｋＨｚである。他の実施礼においては、周波数は約２０−４０ｋＨｚである。ポリマー系樹脂材料の超音波式溶接ついては「耐漏洩・耐破裂性が高く、超音波にて溶接された、圧力検出回路断続器を有するポリマーを内蔵する電子キャパシタ（Leak-Tight and Rupture Proof, Ultrasonically Welded, Polymer=Encased Electrical Capacitor With Pressure Sensitive Circuit Interrupter）」と題する米国特許第５３８１３０１号明細書、及び「溶接部分
を含む熱可塑性物質構造体（Thermoplastic Structural Piece Containing Welded Portion）」と題する米国特許第６６７６７８１号明細書に記載され、本明細書においてもここに開示されたものとする。

アクチュエータアセンブリ１６はバルブ１０を通過する流体の流れを規制するために中央バルブ部材６２を選択的に移動させるように機能する。アクチュエータアセンブリ１６は、例えばＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ及びこれらの組み合わせよりなるフルオロポリマー樹脂材より形成されていることが望ましい。更に、アクチュエータアセンブリ１６はピストン１０６、スプリング１０８及びシ−ルリング１１０，１１１，１１２，１１３を有する。ピストン１０６はハウジング１１４内に摺動可能に配置され、ロッド部１１８及び同ロッド部１１８に対してウェブ部１２２を介して連結されるヘッド部１２０を有している。

ロッド部１１８は下端部１２３ａから延びるネジ切り突部１２３を有する。このネジ切り突部１２３がネジ切り凹部７０に螺入されてロッド部１１８を中央バルブ部材６２に連結する。ロッド部１１８はダイヤフラムリテーナ４４の中央孔７４内に摺動可能に収納されている。ロッド部１１８は外周溝１２３ｂを有し、この外周溝１２３ｂにはシールリング１１３が嵌められている。

ヘッド部１２０には外周溝１３０が形成され、同外周溝１３０にはハウジング１１４の内壁１３２に摺動する摺動リングとしてのシールリング１１０が嵌められている。ピスト
ン１０６は上方に向かってコップ状をなす凹部１３４を備える。スプリング１０８は凹部１３４内に押し込められ、凹部１３４の内壁とハウジング１１４の内壁を押圧することにより、ピストン１０６及びダイヤフラムアセンブリ１４を下方に付勢している。

ハウジング１１４はその頂壁１４６に開口１４５を有する。この開口１４５から上方に延びるピストン１０６のロッド部１１８が開口１４５の内壁に対して摺動する。ロッド部１１８に形成した外周溝１４７にはシールリング１１２が嵌めこまれている。このシールリング１１２は開口１４５及びロッド部１１８の周囲から流体が漏洩することを防止する機能を果たす。ロッド部１１８には電動または手動の駆動装置（図示せず）が取り付けられ、ハウジング１１４内におけるピストン１０６の選択的運動を可能にしている。幾つかの実施例において、アクチュエータハウジング１１４は導入口１５０と退出口１５１とを有している。導入口１５０及び退出口１５１はそれぞれ本体部を備え、同本体部に設けられた内腔がアクチュエータハウジング１１４の側面に形成した開口を介して内部に進む気体の流路を構成している。アクチュエータハウジング１１４の開口にはバルブ１５４が配置され、同アクチュエータハウジング１１４内に進入、又はアクチュエータハウジング１１４内から退出する気体の流れを規制している。実施例において、気体はアクチュエータアセンブリ１６を移動させるために使用されている。

図３ｂに示すように、幾つかの実施例において、アクチュエータハウジング１１４はダイヤフラムリテーナ４４に溶接されて、連続的にシールする接合部、即ち溶接部２０２を構成し、同溶接部２０２によりバルブ１０から流体が漏洩することが減少、または回避される。溶接部２００２ダイヤフラムリテーナ４の外周全体に連続的に延びることが好ましい。幾つかの実施例においては、アクチュエータハウジング１１４及びバルブ本体１２はＰＶＤＦ又はＰＶＤＦ組成物より形成され、溶接部２０２は一方のＰＶＤＦ又はＰＶＤＦ組成物の面をもう一方のＰＶＤＦ又はＰＶＤＦ組成物の面に接合している。幾つかの実施例において、溶接部２０２は超音波式の溶接により形成され得る。その他の適切な溶接技術は上記に開示されている。

さて、スプリング１０８はピストン１０６及びダイヤフラムアセンブリ１４を下方のバル閉鎖位置に付勢するため、中央バルブ部材６２はバルブシート２８に対して係合する。これにより、バルブ１０を通過する流体の流路が閉鎖される。ピストン１０６がスプリング１０８の付勢力に抗して上方に移動されると、中央バルブ部材６２がバルブシート２８から離間してバルブ開放位置に移動される。これにより、流体が導入路２４、流体チェンバ２６及び退出路２８を通過して流れる。このように、ダイヤフラムアセンブリ１４と中央バルブ部材６２とはバルブ開放位置及びバルブ閉鎖位置に選択的に移動される。

なお、本発明は上記した実施例に拘束されるものではなく、発明の趣旨から逸脱するものでなければ、適宜な変更な無論可能である。

本発明におけるダイヤフラムバルブを示す平面図。 図１のＡ−Ａ線における断面図。 図１のＢ−Ｂ線における断面図。 図３において３ａの範囲として指示された領域の拡大破断図。 図３において３ｂの範囲として指示された領域の拡大破断図。 図１に示すバルブの斜視図。

Claims (20)

1. 流体の流路を形成するとともに内部にバルブシートを備え、フルオロポリマー材料から形成されたバルブ本体と、
   バルブ部材及び弾性を有するダイヤフラムによって取り付けられた外周シール部を備えたダイヤフラムアセンブリと、前外周シール部はバルブ本体に対して連続的にシールするように溶接されて、ダイヤフラムアセンブリがバルブ本体にシールされた状態で動作可能に取り付けられ、さらにバルブ部材はバルブシートと係合して流体の流路を閉鎖する第１の位置と、バルブシートから離間して流体が流路を通過することを許容する第２の位置との間で選択的に移動されることと、
   バルブ部材を第１の位置と第２の位置との間で選択的に移動させるためにダイヤフラムアセンブリに対して動作可能に連結されたアクチュエータアセンブリと
   からなるダイヤフラムバルブ。
2. 前記フルオロポリマー材料はＰＦＡであり、前記外周シール部はバルブ本体に対して、超音波式溶接法、摩擦式溶接法、振動式溶接法、加熱式溶接法又はこれらの組み合わせにより、一方のＰＦＡ面と、もう一方のＰＦＡ面とを接合することにより溶接されることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
3. 前記流体の流路は導入口と、同導入口に連通された流体チェンバを備えた中央部及び同中央部に連通された退出口とからなる請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
4. 前記バルブ本体は外周面上において、壁面を備え、かつ外周方向全体に延びるを構成する凹部を有し、前記ダイヤフラムアセンブリの外周シール部は凹部に対して外周方向に溶接され、前記流体の流路の中央部は凹部の壁面とダイヤフラムアセンブリとによって構成される請求項３に記載のダイヤフラムバルブ。
5. 前記凹部の壁面にはバルブシートが形成されていることを特徴とする請求項４に記載のダイヤフラムバルブ。
6. 前記アクチュエータアセンブリはアクチュエータハウジングを有する請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
7. 前記アクチュエータハウジングはバルブ本体又はダイヤフラムアセンブリに対して、超音波式溶接法、摩擦式溶接法、振動式溶接法、加熱式溶接法又はこれらの組み合わせにより、一方のＰＶＤＦ面と、もう一方のＰＶＤＦ面とを接合することにより溶接されることを特徴とする請求項６に記載のダイヤフラムバルブ。
8. 前記アクチュエータアセンブリは、
   アクチュエータハウジング内に摺動可能に配置され、かつダイヤフラムアセンブリに対して動作可能に連結されたピストンと、
   ピストンをアクチュエータハウジング及びバルブ本体に対して付勢するバネと
   を有する請求項６に記載のダイヤフラムバルブ。
9. 前記バルブ部材がバルブ閉鎖方向に付勢されるようにピストンが付勢される請求項８に記載のダイヤフラムバルブ。
10. 流体の流路を形成するとともに内部にバルブシートを備え、フルオロポリマー材料にて形成されたバルブ本体と、
    バルブ部材及び弾性を有するダイヤフラムによって取り付けられた外周シール部を備え
    、フルオロポリマー材料にて形成されたダイヤフラムアセンブリと、前外周シール部はバルブ本体に対して溶接されて、ダイヤフラムアセンブリがバルブ本体に動作可能に取り付けられ、さらにバルブ部材はバルブシートと係合して流体の流路を閉鎖する第１の位置と、バルブシートから離間して流体が流路を通過することを許容する第２の位置との間で選択的に移動されることと、
    バルブ部材を第１の位置と第２の位置との間で選択的に移動させる手段と
    からなるダイヤフラムバルブ。
11. 前記外周シール部はバルブ本体に対して、超音波式溶接法、摩擦式溶接法、振動式溶接法、加熱式溶接法又はこれらの組み合わせにより、一方のＰＦＡ面と、もう一方のＰＦＡ面とを接合することにより溶接されることを特徴とする請求項１０に記載のダイヤフラムバルブ。
12. 前記流体の流路は導入口と、同導入口に連通された流体チェンバを備えた中央部及び同中央部に連通された退出口とからなる請求項１０に記載のダイヤフラムバルブ。
13. 前記バルブ本体は外周面上において、壁面を備え、かつ外周方向全体に延びるを構成する凹部を有し、前記ダイヤフラムアセンブリの外周シール部は凹部に対して外周方向に溶接され、前記流体の流路の中央部は凹部の壁面とダイヤフラムアセンブリとによって構成される請求項１２に記載のダイヤフラムバルブ。
14. 前記凹部の壁面にはバルブシートが形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のダイヤフラムバルブ。
15. バルブ部材を第１の位置と第２の位置との間で選択的に移動させる手段は、アクチュエータハウジングを有するアクチュエータアセンブリである請求項１０に記載のダイヤフラムバルブ。
16. 前記アクチュエータハウジングはバルブ本体又はダイヤフラムアセンブリに対して、超音波式溶接法、摩擦式溶接法、振動式溶接法、加熱式溶接法又はこれらの組み合わせにより、一方のＰＶＤＦ面と、もう一方のＰＶＤＦ面とを接合することにより溶接されることを特徴とする請求項１５に記載のダイヤフラムバルブ。
17. 前記アクチュエータアセンブリは、
    アクチュエータハウジング内に摺動可能に配置され、かつダイヤフラムアセンブリに対して動作可能に連結されたピストンと、
    ピストンをアクチュエータハウジング及びバルブ本体に対して付勢するバネと
    を有する請求項１５に記載のダイヤフラムバルブ。
18. 前記バルブ部材がバルブ閉鎖方向に付勢されるようにピストンが付勢される請求項１７に記載のダイヤフラムバルブ。
19. 流体の導入路、流体の退出路、及び内壁と開放側面とを備えた流体チェンバを画定し、前記内壁に導入路及び退出路の開口を形成して導入路、退出路及び流体チェンバを互いに連通させ、さらに流体チェンバにおける導入路の開口を包囲するようにバルブシート部を備えるバルブ本体をフルオロポリマー材料にて形成することと、
    バルブ部材と弾力性を備えたダイヤフラムとを有する弾力性を有するダイヤフラムアセンブリをフルオロポリマー材料により形成することと、
    バルブ部材がバルブシートに密着してバルブを通過する流体の流れを遮断するバルブ閉鎖位置と、バルブ部材がバルブシートから離間して流体がバルブを通過することを許容す
    るバルブ開放位置との間でダイヤフラムアセンブリが選択可能に移動させるべく、バルブ部材を流体チェンバに向けて配置した状態で、流体チェンバの開放側面にダイヤフラムアセンブリを溶接することと
    からなるダイヤフラムバルブの製造方法。
20. アクチュエータハウジングを有するアクチュエータアセンブリをバルブ本体又はダイヤフラムアセンブリに溶接することとからなる請求項１９に記載のダイヤフラムバルブの製造方法。

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