JP4629829B2 - バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高純度気体源から超高純度気体を流すバルブ装置に関する。ここで、「超高純度」とは、５０ｐｐｍ以下の総純度を有する気体を意味し、「気体」とは気体混合物並びに原子核気体を包含する。
【０００２】
【従来の技術及び解決しようとする課題】
超高純度気体は、通常、貯蔵シリンダ内に保存されていて、例えば電子製造産業など純度が基本的に要求される種々のプロセスで用いられる。気体が用いられるべき製造装置へのシリンダからの気体の流れは、シリンダに連結されている入り口及び製造装置に導く気体導管に連結されている出口を有するバルブによって与えられる。かようなバルブの基本的な機能は、流れを調節可能に制御するよりもむしろ、気体の流れを可能とするか若しくは防止するものである。
【０００３】
かようなバルブは、幾つかの厳しい条件を要求する。第一に、バルブは、漏出しないように緊密でなければならない。バルブは、超高純度気体を汚染するであろう環境中の空気又は他の周囲の大気の進入を防止しなければならない。同様に望ましくないことは、超高純度気体の大気中への漏出である。なぜなら、かような気体は、有毒であるか及び／又は自然発火性であることが多いからである。かようなバルブからの気体の漏出は、摩耗ゆえに、特に問題である。気体の流れは、同じステージにおいて、摩耗しがちなシーリング面の間の接触に依存して発生し、よって超過時間経過により、漏出を生じる。
【０００４】
バルブは、「清浄な」材料から作られていなければならない。つまり、気体と接触している材料は、汚染物として作用するであろう分子又は粒子を解放しないものでなければならない。同様に、バルブは、例えば研磨作用又は腐食作用の原因となるバルブ材料の随伴する分子又は粒子からの気体の流れを防止するように構成されなければならない。汚染防止を補助するために、バルブを貫通する気体の流れは、特にバルブを開いている場合に考慮されなければならない。バルブが最初に開かれる際には、気体はバルブ出口に向かって加速される傾向がある。気体の流れ経路が複雑すなわち乱流を生じる場合には、気体の加速する「塊」は、バルブの内面に衝突して、気体を汚染するバルブ材料の急激な摩耗及び粒子の剥離を生じる。バルブはさらに、かような汚染を最小限にするように構成されなければならず、パージ工程を容易且つ効果的に達成することが必要である。多くの製造工程は、連続的な超高純度気体の供給を必要とする。したがって、工程の個々のステージで、第２の気体の汚染がなく且つ気体の大気中への解放なしに、一方の超高純度気体の供給を取り除き、他方の超高純度気体の供給で置換することが必要である。よって、効果的なパージが絶対的に必要である。
【０００５】
この要求の結果として、バルブは、貫通して流れる気体を汚染してはならず、効果的なパージが容易になされなければならず、「湿潤領域」は小さいものでなければならない。すなわち、気体と相互に接触するか又は流れが生じるバルブの湿潤領域の表面積は最小でなければならない。湿潤領域を小さくすることは、気体の流れを汚染するかもしれない粒子が運ばれるであろうバルブの接触可能な表面積を減少させるので、及び気体分子が一時的に結合してパージ工程をより困難にするかもしれないバルブの接触可能な表面積を減少させるので、重要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、超高純度気体と一緒に用いるためのバルブを提供する。該バルブは、バルブチャンバを規定し、気体が排出されるバルブ出口を有し、往復運動可能なシーリング部材を含むバルブ本体を備える。本発明のバルブは、バルブチャンバが気体源と流体連通状態にあり、シーリング部材がバルブ出口から排出された気体の流れの方向にほぼ平行な軸に沿って、バルブチャンバ内に配置されたシーリング部材がバルブ出口管の入り口端部を取り巻くシーリング面と接触する位置及び非接触位置との間で往復運動可能であり、バルブ管の反対側の出口端部はバルブ出口を形成し、ライニング部材はバルブ本体内に解放可能に保持されていて、往復運動可能なシーリング部材と一緒にバルブチャンバの一部を規定し、バルブ出口管は該ライニング部材の一部に解放可能に取り付けられている、ことを特徴とする。
【０００７】
かような配置によって、湿潤領域は、バルブ出口管の入り口端部と出口端部との間に規定された領域だけとなり、最小化することができる。バルブチャンバは、気体と定常接触するかもしれないが、この容積がパージを必要とするほどではないので許容可能である。シーリング面がバルブチャンバ内の気体によって取り巻かれている周縁のシールと接触するので、バルブの開放時の気体の流れはバルブ出口管内に加速され、不必要な制限すなわち曲げなしに設計され、気体の最初の「塊」はバルブ材料に衝突せず、よって、気体を汚染するかもしれない粒子の剥離を避けることができる。まさに、バルブ出口管が、気体を自由に通過させることができる構成になっているので、バルブ出口管及びバルブ出口管シーリング面によって囲まれた往復運動可能なシーリング部材の領域（湿潤領域）が容易にパージされることをも意味する。気体の流れに露出されているバルブ出口管の表面は、気体との反応及び／又は気体の汚染を最小にする適切な材料から容易に形成することができ、全体の装置は少なくとも慣用のバルブと同じ程度の漏出に対する緊密さとなるように構成することができる。
【０００８】
非常に好ましくは、バルブ出口管の出口端部は、連続使用のために、バルブから排出された気体を導く手段を密閉するシーリング面によって囲まれている。
【０００９】
この態様において、気体が用いられるべき装置まで気体を誘導する気体導管は、バルブにシーリング的に容易に取り付けられることができる。バルブ出口管は、容易に交換可能なようにバルブから分離可能な一体的部材であることが有利である。よって、バルブの単一パーツを交換することによって、摩耗したすべてのこれらのバルブのパーツ（主としてバルブ出口管の入り口端部及び出口端部にあるシーリング面）を非常に素早く且つ容易に交換することができる。
【００１０】
バルブ出口端部又は少なくとも気体が貫通して流れる内部パーツは、入り口シーリング面及び出口シーリング面を容易に製造することができるように、好ましくはほぼ筒状である。さらに、バルブにバルブ出口管を嵌合させるためのネジ溝付嵌合具もまた、容易に製造すなわち筒状本体に容易に嵌合される。出口管は、出口管と気体との反応を最小にするような材料で形成され、表面処理されている。
【００１１】
バルブチャンバは、バルブ出口管の入り口端部にほぼ環状に配設されているので、バルブが開いてシーリング部材がバルブ出口管の入り口端部におけるシーリング面から離隔する方向に移動する際に、気体は比較的自由な流れ経路でバルブ出口管に入り、出口管へ及び出口管を貫通する均一な気体の流れを作り出し、気体の流れによるバルブ出口管の内面への衝突及び／又は摩擦をできる限り最小化する。
【００１２】
バルブチャンバは、バルブ出口管の入り口端部のまわりにほぼ環状に配設されていてもよい。この場合には、バルブが開いてシーリング部材がバルブ出口管の入り口端部におけるシーリング面から離隔する方向に移動する際に、気体は比較的自由にバルブ出口管内に流れ、均一な気体の流れを促進し、バルブ出口管の内面を流れる気体による危険な衝突及び／又は剥離を最小化する。
【００１３】
シーリング部材は、好ましくは、弾性ダイアフラムに取り付けられる。弾性ダイアフラムは、バルブ出口とは反対側でバルブチャンバを密閉するように構成されている。当業分野で公知のように、アクチュエータは、ダイアフラムの背面に設けられていて、シーリング部材を往復運動させて、バルブを開閉し、一方、ダイアフラムを撓ませ、バルブチャンバを周囲の環境から密閉したまま維持する。
【００１４】
バルブチャンバは、バルブ本体及び往復運動可能なシーリング部材に解放可能に含まれているライニング部材によって、少なくとも部分的に規定される。このライニング部材は、摩耗により必要とされる場合に、不利な反応を防止し、異なる種類の気体と一緒に用いられるべきバルブを最適に機能させるために、容易に交換することができる。
【００１５】
気体が供給されているシリンダから生じる汚染を最小化するために、ディップチューブは、バルブからシリンダの内部まで延在してもよい。ディップチューブは、例えばベル口を介して、シリンダの内壁から所定距離のポイントから、シリンダからの気体を自由に流すことができるようになされている。ディップチューブは、当該技術分野で公知である。
【００１６】
【好ましい実施形態】
以下、添付図面を参照しながら、超高純度気体を用いるバルブの実施形態を例として、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１７】
バルブ１は、気体シリンダ３及び導管５に連結されて示されている。導管５は、シリンダ３内の超高純度気体の供給を必要とする装置（図示せず）まで、超高純度気体を誘導する。これらの連結は、当該技術分野で公知のように、標準ネジ溝３ａ、５ａによってなされる。バルブ１は、シーリング部材９を含む本体７を具備する。シーリング部材９は、アクチュエータ１１によって、（図示する例において、水平軸に沿って）往復運動可能である。シーリング部材９の端部におけるシーリング面１３（当該技術分野で公知のように、柔らかいシーリング材料からなる）は、バルブチャンバ１５内で、バルブ出口管１９の入り口端部に形成されている環状シーリング面１７との接触位置及び非接触位置の間で移動する。他方のバルブ出口管１９の出口端部は、柔らかい材料のシーリングワッシャ２３に対してシール作用を奏する別の環状シーリング面２１を有する。環状シーリング面２１は、当該技術分野で公知のように、導管５の環状シーリング面２５に対してもシール作用を奏する。
【００１８】
バルブ出口管１９は、ネジ溝２７ａによってライニング部材２７内にシールされている。ライニング部材２７は、本体７内にスライドし及び本体７内に解放可能に保持されている。ディップチューブ３１には、シリンダ３からバルブチャンバ１５まで気体を流す導管が設けられている。
【００１９】
ダイアフラム２９は、ライニング部材２７に対して（例えば溶接によって）、及びアクチュエータシーリング装置３３によってバルブ本体７の内壁に、シーリング的に保持されている。アクチュエータシーリング装置３３は、さらに、バルブ本体７の突出する肩部３５に対してロックされているライニング部材２７を保持する作用も奏する。
【００２０】
導管５は、ネジ溝５ａによって、取り付け部材３７に、解放可能に取り付けられている。取り付け部材３７は、バルブ本体７のリセス３９内に嵌合するように形成されている。この配置は、取り付け部材３７が図面において水平軸に沿って右から左にリセス３９にスライドできるが、取り付け部材３７はバルブ本体７に対する軸回転はできないようにする。これは、リセス３９に嵌合する取り付け部材３７のパーツを六角形で「ナット形状」プロファイルに形成し、対応してリセス３９の形状を形成することによって、利便に達成される。取り付け部材３７は、スクリューキャップ４１によって、本体７に対して解放可能にしかし密閉的に保持される。この取り付け部材３７とスクリューキャップ４１との配置は、導管５を本体１に取り付けるためにスクリューネジ溝５ａを締め付ける際に与えられて且つバルブの別のパーツ（特にバルブ出口管１９及びそのシーリング面１７，２１）に伝達されるトルクを防止し、ユーザーが導管をバルブに締め付ける大きな手（ham-fisted）によってしばしば生じるダメージを防止する補助となるので、非常に有利な効果となる。
【００２１】
バルブ１は、シーリング面１３がバルブ出口管１９のシーリング面１７に対してしっかりと押しつけられている閉鎖位置において示されている。したがって、超高純度気体は、シリンダ３、及びディップチューブ３１を介して、ライニング部材２７とダイアフラム２９とバルブ出口管１９の入り口端部とによって規定されるバルブチャンバ１５内に密閉されていて、高純度気体は、バルブ出口管１９を貫通してバルブ１の外に出て導管５内に導く導管４３には流れることはできない。
【００２２】
バルブを開くと、シーリング部材９は、アクチュエータ１１によって、（図面において右から左に）バルブ出口管１９から離れるように引かれて、各シーリング面１３，１７の間のシーリング接触を中断させる。気体は、バルブ１の外に排出されるようにシーリング面１７の周囲全体から導管４３内に流れる。装置は、気体の「塊」衝突及び導管４３の壁の汚染を生じさせるかもしれない摩耗を最小化して、導管４３の断面を横断して均一な気体の流れが可能なようになされている。
【００２３】
バルブ１を閉じると、シーリング部材９及びダイアフラム２９は、再び、図示された位置に戻り、シーリング面１３，１７はシーリング接触するようになる。こうして、気体はバルブチャンバ１５に収納される。次いで、バルブ１は（例えば導管５からバルブ１を外すため）容易にパージ可能である。なぜなら、パージを必要とする気体によって「湿潤された」領域は、比較的小さなサイズ並びにその「直線状貫通」ゆえに容易にパージされるほぼ筒状のバルブ出口管１９の内面だけだからである。
【００２４】
最も摩耗しやすいバルブのパーツは、バルブ出口管１９の入り口端部又は出口端部のいずれかの端部におけるシーリング面１７及び２１である。シーリング面１７及び２１を一体的なバルブ出口管１９の両端部に配設することによって、及びシーリング面１７及び２１を形成する材料を柔らかな材料とすることによって、かような摩耗はある程度まで改善される。バルブ出口管１９は、シーリング面が知覚され得ない程度に摩耗したとき、容易に取り外したり交換することができる。スクリューキャップ４１のネジを緩め、取り付け部材３７をスライドさせて外すことにより、バルブ出口管１９に接近することができる。
【００２５】
ライニング部材２７及び／又はバルブ出口管１９は、（例えば、シリンダ３が空になり、バルブ１を別の気体（混合物）のために用いる場合であって、ライニング部材２７及びバルブ出口管１９を形成する材料が互換性のないものである場合）単にディップチューブ３１を取り除き、次いでアクチュエータシーリングアセンブリ３３をシーリング部材９及びダイアフラム２９と一緒にバルブ本体７から取り除き、ライニング部材２７及びバルブ出口管１９をスライドさせて、バルブ本体７から取り除いて、容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のバルブの一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１：バルブ
７：バルブ本体
９：シーリング部材
１５：バルブチャンバ
１９：バルブ出口管
２７：ライニング部材
１３，１７，２１，２５：シーリング面

Claims (6)

1. 往復移動可能なシーリング部材を含み気体が排出されるバルブ出口を有するバルブチャンバを規定するバルブ本体を具備する超高純度気体と一緒に用いるためのバルブであって、
   前記バルブチャンバは、超高純度気体源と流体連通状態にあり、
   前記シーリング部材は、前記バルブ出口から排出される気体の流れ方向にほぼ平行な軸に沿って、前記バルブチャンバ内に配置されたバルブ出口管の入り口端部の周囲を取り巻くシーリング面とのシーリング接触位置及び非接触位置の間で往復移動可能であり、前記バルブ出口管の反対側の出口端部は前記バルブ出口を形成し、
   ライニング部材は、前記バルブ本体内に保持されていて、前記シーリング部材と一緒に前記バルブチャンバの一部を規定し、
   前記バルブ出口管は、前記ライニング部材に取り付けられた一体的部材であって、前記ライニング部材から前記バルブ出口管を取り外すことにより前記バルブから分離可能であり、
   前記ライニング部材は、前記シーリング部材を前記バルブから取り外すことにより前記バルブから取り外すことが可能であり、
   前記パイプ出口管及び前記ライニング部材は、互いに別々に取り外すことが可能である、ことを特徴とするバルブ。
2. 請求項１のバルブであって、前記バルブ出口管の出口端部は、連続使用のためにバルブから排出された気体を導通する手段をシーリングするためのシーリング面によって取り囲まれている、ことを特徴とするバルブ。
3. 請求項１又は請求項２のバルブであって、前記バルブ出口管は、ほぼ筒状である、ことを特徴とするバルブ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１のバルブであって、前記バルブチャンバは、前記バルブ出口管の入り口端部の回りにほぼ環状に配設されている、ことを特徴とするバルブ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１のバルブであって、
   前記シーリング部材が取り付けられる可撓性ダイアフラムを備え、前記ダイアフラムは前記バルブ出口とは反対側で、前記バルブチャンバを密閉するように構成されている、ことを特徴とするバルブ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１のバルブであって、
   気体を含有するシリンダに取り付けられているときに、前記バルブチャンバから前記シリンダ内部にまで延在するディップチューブを備え、気体を前記シリンダの壁からの所定距離にある前記ディップチューブを介して、前記シリンダから前記バルブチャンバへ自在に流すことを可能とする、ことを特徴とするバルブ。

Images