JP7480981B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ装置に関する。

特許文献１には、流路及び凹部が設けられる流路ブロックと、流路ブロックの凹部の底面に配置される環状の弁座と、弁座から離間又は弁座に押圧されることによって流路を開閉するダイヤフラムと、を備えるバルブ装置が開示されている。

特開２０１５－２１５４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のバルブ装置では、流路ブロックの凹部の底面に環状で相対的に径が小さい内側突出部と環状で相対的に径が大きい外側突出部とが設けられ、弁座が内側突出部と外側突出部との間に挿入されて、両突出部がかしめられるため、両突出部のかしめによる弁座の変形が大きくなってしまうという問題点があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、かしめによる弁座の変形を抑制することによって弁座のシール性を向上させることができるバルブ装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、流路口を有する流路が形成されるとともに、前記流路口の外周側に突出部が設けられる流路ブロックと、前記突出部の内周側に挿入され前記突出部のみをかしめることによって固定される弁座と、前記弁座から離間又は前記弁座に押圧されることによって前記流路を開閉するダイヤフラムと、を備え、前記弁座は、一端面が前記ダイヤフラムによって押圧されるとともに他端面が前記流路ブロックと当接する環状部と、一端面が前記ダイヤフラムと対向するとともに他端面が前記流路ブロックと当接するように前記環状部の外周に設けられる被かしめ部と、を有し、前記環状部の一端面と前記被かしめ部の一端面とは、前記環状部の外周面によって接続され、前記被かしめ部のみには、前記突出部がかしめられ、前記環状部は、かしめによって固定されておらず、その内径は、前記流路の前記流路口の内径と等しい、バルブ装置が提供される。

本発明の態様によれば、かしめによる弁座の変形を抑制することによって弁座のシール性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るバルブ装置を示す部分断面図である。 図１の部分Ａを示す拡大部分断面図である。 突出部及び弁座を含む要部を示す拡大断面図である。 突出部及び弁座を含む要部の一変形例を示す拡大断面図である。 突出部及び弁座を含む要部の他の変形例を示す拡大断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態（以下、本実施形態と称する。）について説明する。本明細書においては、全体を通じて、同一の要素には同一の符号を付する。

（バルブ装置の構成）
まず、図１及び図２を参照しながら本実施形態に係るバルブ装置１について説明する。なお、説明の便宜上、図面の上下方向をバルブ装置１の上下方向（軸方向）として説明し、バルブ装置１の軸方向及びバルブ装置１の径方向を単に軸方向及び径方向と称する。

図１は、本実施形態に係るバルブ装置１を示す部分断面図である。図２は、図１の部分Ａを示す拡大部分断面図である。

本実施形態に係るバルブ装置１は、半導体の製造に用いられる流体供給ユニット（図示しない）に設けられる。流体供給ユニットは、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ／すなわち、原子層堆積）法によって半導体ウェハ等の基板に所定の薄膜を形成する薄膜生成工程に用いられる。

図１及び図２に示すように、バルブ装置１は、流路ブロック２、弁体としてのダイヤフラム３、弁体押さえとしてのダイヤフラム押さえ４、駆動部としてのアクチュエータ５及び押さえアダプタ６を備える。バルブ装置１は、駆動流体としての駆動エアをアクチュエータ５に供給することによってダイヤフラム３を開放するノーマル・クローズのエアオペレートバルブである。

流路ブロック２は、流路２３が形成される流路ブロック本体２１と、流路ブロック本体２１の一端面から上方（上端側）に突出する筒状（具体的には、円筒状）の周壁２２と、を備える。流路２３は、流体流入流路２３１及び流体流出流路２３２を有する。周壁２２の内壁面には、アクチュエータ５の先端（下端）に螺合する雌ねじ２２１が形成される。

流体流入流路２３１は、一方の流路口としての一端（上端）が流路ブロック本体２１の一端側（上端側）で開口するとともに、他方の流路口としての他端（下端）が流路ブロック本体２１の他端側（下端側）で開口する。流体流出流路２３２は、一方の流路口としての一端（上端）が流路ブロック本体２１の一端側（上端側）で開口するとともに、他方の流路口としての他端（下端）が流路ブロック本体２１の他端側（下端側）で開口する。なお、流体流入流路２３１及び流体流出流路２３２は、流体流入流路２３１の一端と流体流出流路２３２の一端とが干渉しないとともに流体流入流路２３１の他端と流体流出流路２３２の他端とが干渉しないように形成される。

なお、本実施形態では、流体流入流路２３１の他端及び流体流出流路２３２の他端は、いずれも流路ブロック本体２１の他端側で開口しているが、これに限定されるものではなく、例えば、いずれも流路ブロック本体２１の側面で開口してもよいし、いずれか一方が流路ブロック本体２１の他端側で開口するとともに、いずれか他方が流路ブロック本体２１の側面で開口してもよい。

流体流入流路２３１の一端（上端）と流体流出流路２３２の一端（上端）とは、周壁２２によって取り囲まれた収容部２４を介して連通する。収容部２４の底面には、後述するかしめ用の突出部２５によって環状（具体的には、円環状）の弁座２６が固定（位置決め）される。また、流体流入流路２３１の一端は、弁座２６を介してダイヤフラム３と対向する。なお、バルブ装置１の弁座２６及び弁座２６を固定するための突出部２５の詳細については後述する。

ダイヤフラム３は、弁座２６から離間又は弁座２６に押圧されて流路２３を開閉するための弁体である。ダイヤフラム３は、流路２３側とアクチュエータ５側とを隔てる隔膜部材である。また、ダイヤフラム３は、自然状態においてアクチュエータ５側（上側）に向かって***する円弧状に形成され、例えば、ニッケル合金薄板等からなる。駆動エアがアクチュエータ５に供給されていないとき、ダイヤフラム３は、ダイヤフラム押さえ４によって弁座２６に押さえ付けられる。

ダイヤフラム押さえ４は、ダイヤフラム３を弁座２６に押さえるための押さえ部材である。ダイヤフラム押さえ４は、ダイヤフラム３に当接する当接部４１を有する。

アクチュエータ５は、ダイヤフラム押さえ４を介してダイヤフラム３を弁座２６に押圧させることによって、流体流入流路２３１と流体流出流路２３２とを遮断させる。

アクチュエータ５の先端（下端）とダイヤフラム３の外周縁との間には、環状（具体的には、円環状）の押さえアダプタ６が設けられる。ダイヤフラム３の外周縁は、押さえアダプタ６と流路ブロック２の収容部２４の底面との間で保持され、アクチュエータ５の先端（下端）を周壁２２の雌ねじ２２１にねじ込むことによって固定される。押さえアダプタ６の内側には、ダイヤフラム３に接触するダイヤフラム押さえ４の当接部４１が挿入される。

以上の通り、本実施形態では、バルブ装置１は、流路ブロック２、ダイヤフラム３、ダイヤフラム押さえ４、アクチュエータ５及び押さえアダプタ６を備えて構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、流路ブロック２、ダイヤフラム３、ダイヤフラム押さえ４、アクチュエータ５、押さえアダプタ６及びボンネット（図示しない）を備えて構成されてもよい。この場合、流路ブロック２とアクチュエータ５との間には、ボンネットが介装される。

（バルブ装置の動作）
次に、バルブ装置１の動作について説明する。

図示しない駆動エア供給制御部が駆動エアをバルブ装置１のアクチュエータ５に供給した場合、ダイヤフラム３は、自身の復元力によってダイヤフラム押さえ４とともに上昇することで弁座２６から離間する。すなわち、ダイヤフラム３は、アクチュエータ５への駆動エアの供給によって流体流入流路２３１の一端を開放する。このため、プロセスガス又はパージガス等の流体は、流体流入流路２３１から弁座２６とダイヤフラム３との間に形成される隙間を経由して流体流出流路２３２に供給される。

一方、駆動エア供給制御部が駆動エアをバルブ装置１のアクチュエータ５に供給しない場合、ダイヤフラム３は、ダイヤフラム押さえ４の下降によって流体流入流路２３１の一端を閉塞する。このため、気化されたプロセスガス又はパージガス等の流体は、流体流入流路２３１から流体流出流路２３２に供給されない。

このように、駆動エア供給制御部がアクチュエータ５への駆動エアの供給を制御することによって、弁座２６に対するダイヤフラム３の開閉を切り替えることができる。したがって、このようなバルブ装置１によれば、流体流入流路２３１から流体流出流路２３２への流体供給の制御が可能となる。なお、本実施形態では、バルブ装置１は、ノーマル・クローズのエアオペレートバルブからなっているが、これに限定されるものではなく、例えば、ノーマル・オープンのエアオペレートバルブからなってもよい。

（弁座及び突出部の構成）
次に、図２及び図３を参照しながらバルブ装置１の突出部２５及び弁座２６について詳細に説明する。

図３は、突出部２５及び弁座２６を含む要部を示す拡大断面図である。なお、図３において、突出部２５を構成する左側の突出壁２５１は、弁座２６にかしめられる前の状態を示し、突出部２５を構成する右側の突出壁２５１は、弁座２６にかしめられた後の状態を示す。

図２及び図３に示すように、突出部２５は、弁座２６を固定するためのかしめ部である。突出部２５は、流路ブロック本体２１と同様に、金属から構成され、例えば、ステンレス鋼（具体的には、ＳＵＳ３１６Ｌ）から構成されることが好ましい。突出部２５は、同一円周上に全周に亘って設けられる突出壁２５１から構成される。突出壁２５１は、ダイヤフラム３側（上側）に突出するように、収容部２４の底面であって流体流入流路２３１の一端（上端）の外周側に設けられる。突出壁２５１は、突出量ｔ１を有する。

また、本実施形態では、突出部２５は、突出壁２５１から構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、複数の突出片から構成されてもよい。この場合、複数の突出片は、同一円周上に所定の等間隔を空けて設けられる。

弁座２６は、ダイヤフラム３によって押し付けられて、流体流入流路２３１の一端（上端）と流体流出流路２３２の一端（上端）とのシール性を確保するためのシール材である。弁座２６は、樹脂材から構成され、例えば、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）から構成されることが好ましい。また、弁座２６は、突出部２５の内周側（突出壁２５１の内周側）に挿入され突出部２５をかしめることによって固定される。

さらに、弁座２６は、環状部としての円環状の内環状部２６１と、内環状部２６１の全外周に設けられる被かしめ部としての外環状部２６２と、を有する。内環状部２６１と外環状部２６２とは、同軸に一体形成される。なお、内環状部２６１及び外環状部２６２の角箇所には、バリ取りが行われている。

本実施形態では、弁座２６に突出部２５を構成する突出壁２５１のみがかしめられ、具体的には、環状（具体的には、円環状）の弁座２６の内周に突出壁２５１がかしめられておらず、弁座２６の外周のみに突出壁２５１がかしめられるので、弁座２６の内周及び外周にかしめ部がかしめられる構造に比べ、かしめによる弁座２６の変形を抑制することができるとともに、かしめ作業を簡易に行うことができる。この結果、弁座２６のシール性及びかしめの作業性を向上させることができる。

本実施形態では、被かしめ部は、内環状部２６１の全外周に亘って設けられる外環状部２６２から構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、内環状部２６１の外周に所定の間隔を空けて設けられる複数の肉厚部（図示しない）から構成されてもよい。この場合、各肉厚部は、各突出片の位置に対応して設けられる。

内環状部２６１は、一端面（上端面）がダイヤフラム３によって押圧されるとともに他端面（下端面）が流路ブロック本体２１（具体的には、収容部２４の底面）と当接する。このため、内環状部２６１は、実質的にシール材として機能する。一方、外環状部２６２は、ダイヤフラム３と対向する一端面（図２の上端面）がダイヤフラム３によって押圧されないとともに、他端面（下端面）が流路ブロック本体２１（具体的には、収容部２４の底面）と当接する。

内環状部２６１の一端面（上端面）及び外環状部２６２の一端面（上端面）のいずれも、断面視にて径方向に沿って延在するように設けられる。内環状部２６１の一端面（上端面）と外環状部２６２の一端面（上端面）とは、内環状部２６１の上方に位置する外周面２６１ａによって接続される。

そして、外環状部２６２（具体的には、外環状部２６２の外周）のみには、突出壁２５１がかしめられる。これにより、突出壁２５１を内環状部２６１にかしめていないので、内環状部２６１にかしめ部が直接かしめられる構造に比べ、突出壁２５１のかしめによる内環状部２６１の変形を抑制することができる。この結果、かしめによる弁座２６の変形をより抑制することができるので、弁座２６のシール性をより向上させることができる。

外環状部２６２にかしめられる前の突出壁２５１（図３の左側）は、外環状部２６２よりも突出する。すなわち、突出壁２５１の突出量ｔ１は、外環状部２６２の高さｈ２よりも大きい。そして、突出壁２５１（図３の右側）がその基端（下端）を支点として所定の角度θ折り曲がるように変形して外環状部２６２にかしめられている。すると、外環状部２６２が突出壁２５１の先端（上端）によって的確に収容部２４の底面に押し付けられる。

本実施形態では、内環状部２６１の内周にかしめるかしめ部を設けていないため、内環状部２６１の内径を流体流入流路２３１の一端（上端）の径と同じにすることができる。この結果、内環状部２６１の内周にかしめ部が設けられる構造に比べ、内環状部２６１の径方向の厚さを当該かしめ部分、厚くすることができるので、内環状部２６１（すなわち、弁座２６）の耐久性を向上させることができる。また、ダイヤフラム３の変形量を抑制することができるので、ダイヤフラム３の耐久性を向上させることができる。

外環状部２６２に突出壁２５１がかしめられた後の内環状部２６１の内径は、例えば７．０ｍｍとすると、外環状部２６２に突出壁２５１がかしめられる前の内環状部２６１の内径は、７．０（±約５％）ｍｍと同じである。このように、外環状部２６２に突出壁２５１がかしめられる前後の内環状部２６１の内径が変化しないので、内環状部２６１の内周側を流れる流体の流れのむらをなくすことができる。

外環状部２６２の軸方向の高さｈ２と内環状部２６１の軸方向の高さｈ１との比（以下、単にｈ２／ｈ１とする。）は、１／３以上１／２以下である。ｈ２／ｈ１が１／３を下回ると、外環状部２６２の高さｈ２を確保できなくなり、突出壁２５１を外環状部２６２にかしめる際に外環状部２６２がかしめによって変形して完全につぶれるおそれがある。この結果、弁座２６を突出部２５によって的確に固定することができなくなる。一方、ｈ２／ｈ１が１／２を上回ると、突出壁２５１を外環状部２６２にかしめる際に内環状部２６１の一端面（上端面）の一部が傾きやすくなり、弁座２６のシール性が低下するおそれがある。以上のことから、ｈ２／ｈ１を１／３以上１／２以下にすることによって、弁座２６のシール性が低下することなく、弁座２６を突出部２５によって的確に固定することができる。

外環状部２６２の径方向の厚さｄ２は、内環状部２６１の径方向の厚さｄ１以下である。これにより、外環状部２６２の径方向の厚さｄ２が内環状部２６１の径方向の厚さｄ１よりも大きい構造に比べ、弁座２６の耐久性を確保することできる。

また、弁座２６の耐久性及びシール性を向上させる観点から、外環状部２６２の径方向の厚さｄ２は、ｓｉｎθと突出壁２５１の突出量ｔ１との掛け算（以下、単にｓｉｎθ×ｔ１と称する。）、すなわち、所定の角度θ折り曲がった突出壁２５１の径方向における寸法以上内環状部２６１の径方向の厚さｄ１以下であることが好ましい。外環状部２６２の径方向の厚さｄ２がｓｉｎθ×ｔ１を下回ると、突出壁２５１が所定の角度θ折り曲がった場合、突出壁２５１の先端が内環状部２６１の外周面２６１ａにめり込んでしまい、内環状部２６１が変形してしまう。一方、外環状部２６２の径方向の厚さｄ２をｓｉｎθ×ｔ１以上にすることによって、突出壁２５１の先端が内環状部２６１の外周面２６１ａにめり込むことを回避することができる。

次に、本実施形態による作用効果について説明する。

本実施形態に係るバルブ装置１は、一端（上端）を有する流体流入流路２３１が形成されるとともに、流体流入流路２３１の一端（上端）の外周側に突出部２５が設けられる流路ブロック本体２１と、突出部２５の内周側に挿入され突出部２５のみをかしめることによって固定される弁座２６と、弁座２６から離間又は弁座２６に押圧されることによって流路２３を開閉するダイヤフラム３と、を備える。

この構成によれば、弁座２６に突出部２５のみがかしめられるので、弁座２６の内周及び外周にかしめ部がかしめられる構造に比べ、かしめによる弁座２６の変形を抑制することができるとともに、かしめ作業を簡易に行うことができる。この結果、弁座２６のシール性及びかしめの作業性を向上させることができる。

また、本実施形態では、弁座２６は、一端面（上端面）がダイヤフラム３によって押圧されるとともに他端面（下端面）が流路ブロック本体２１と当接する内環状部２６１と、一端面（上端面）がダイヤフラム３と対向するとともに他端面（下端面）が流路ブロック本体２１と当接するように内環状部２６１の外周に設けられる外環状部２６２と、を有する。そして、内環状部２６１の一端面（上端面）と外環状部２６２の一端面（上端面）とは、内環状部２６１の外周面２６１ａによって接続され、外環状部２６２のみには、突出部２５がかしめられる。

この構成によれば、突出部２５を内環状部２６１にかしめていないので、内環状部２６１にかしめ部が直接かしめられる構造に比べ、突出壁２５１のかしめによる内環状部２６１の変形を抑制することができる。この結果、かしめによる弁座２６の変形をより抑制することができるので、弁座２６のシール性をより向上させることができる。

また、本実施形態では、外環状部２６２にかしめられる前の突出部２５は、外環状部２６２よりも突出する。

この構成によれば、外環状部２６２が突出壁２５１の先端（上端）によって的確に収容部２４の底面に押し付けられる。

また、本実施形態では、外環状部２６２の高さｈ２と内環状部２６１の高さｈ１との比は、１／３以上１／２以下である。

この構成によれば、弁座２６のシール性が低下することなく、弁座２６を突出部２５によって的確に固定することができる。

また、本実施形態では、外環状部２６２の径方向の厚さｄ２は、内環状部２６１の径方向の厚さｄ１以下である。

この構成によれば、外環状部２６２の径方向の厚さｄ２が内環状部２６１の径方向の厚さｄ１よりも大きい構造に比べ、弁座２６の耐久性を確保することできる。

また、本実施形態では、外環状部２６２に突出壁２５１がかしめられた後の内環状部２６１の内径は、外環状部２６２に突出壁２５１がかしめられる前の内環状部２６１の内径との径と同じである。

この構成によれば、外環状部２６２に突出壁２５１がかしめられる前後の内環状部２６１の内径が変化しないので、内環状部２６１の内周側を流れる流体の流れのむらをなくすことができる。

以上、本実施形態について説明したが、上述した実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上述した実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

（変形例）
次に、図４を参照しながら突出部２５及び弁座２６を含む要部の一変形例について説明する。なお、本変形例では、上述した実施形態と同様の点については説明を省略し、主に上述した実施形態と相違する点について説明する。

図４は、突出部２５及び弁座２６を含む要部の一変形例を示す拡大断面図である。

上述した実施形態では、内環状部２６１は、その内径が流体流入流路２３１の径と同じであるように形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、その内径が流体流入流路２３１の径よりも大きくなるように形成されてもよい。この場合、図４に示すように、内環状部２６１の内周側には、支持部２７が設けられる。すなわち、支持部２７は、突出部２５の内周側に位置するように、収容部２４の底面に設けられる。

支持部２７は、内環状部２６１にかしめられるものではなく、弁座２６が突出部２５と支持部２７との間に挿入さされた際に、内環状部２６１の内周面を支持するための壁部である。このような支持部２７によれば、バルブ装置１の使用中の振動による弁座２６のがたつき、特に弁座２６の径方向のがたつきを抑制することができる。なお、支持部２７の軸方向の高さは、外環状部２６２の軸方向の高さｈ２以上内環状部２６１の軸方向の高さｈ１以下であることが好ましい。

次に、図５を参照しながら突出部２５及び弁座２６を含む要部の他の変形例について説明する。なお、本変形例では、上述した実施形態と同様の点については説明を省略し、主に上述した実施形態と相違する点について説明する。

図５は、突出部２５及び弁座２６を含む要部の他の変形例を示す拡大断面図である。

上述した実施形態では、内環状部２６１の内周面には、溝が形成されていないが、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように軸方向に沿って延在する係合溝２８が形成されてもよい。この場合、収容部２４の底面には、係合溝２８と係合する係合部２９が設けられる。

係合溝２８と係合部２９との係合によれば、バルブ装置１の使用中の振動による弁座２６のがたつき、特に弁座２６の周方向のがたつきを抑制することができる。

１ バルブ装置
２ 流路ブロック
３ ダイヤフラム
４ ダイヤフラム押さえ
５ アクチュエータ
２１ 流路ブロック本体
２３ 流路
２５ 突出部
２６ 弁座
２５１ 突出壁
２６１ 内環状部
２６２ 外環状部

Claims (5)

1. 流路口を有する流路が形成されるとともに、前記流路口の外周側に突出部が設けられる流路ブロックと、
   前記突出部の内周側に挿入され前記突出部のみをかしめることによって固定される弁座と、
   前記弁座から離間又は前記弁座に押圧されることによって前記流路を開閉するダイヤフラムと、
   を備え、
   前記弁座は、
   一端面が前記ダイヤフラムによって押圧されるとともに他端面が前記流路ブロックと当接する環状部と、
   一端面が前記ダイヤフラムと対向するとともに他端面が前記流路ブロックと当接するように前記環状部の外周に設けられる被かしめ部と、を有し、
   前記環状部の一端面と前記被かしめ部の一端面とは、前記環状部の外周面によって接続され、
   前記被かしめ部のみには、前記突出部がかしめられ、
   前記環状部は、かしめによって固定されておらず、その内径は、前記流路の前記流路口の内径と等しい、
   バルブ装置。
2. 前記被かしめ部にかしめられる前の前記突出部は、前記被かしめ部よりも突出する、
   請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記被かしめ部の高さは、前記環状部の高さの１／３以上１／２以下である、
   請求項１又は２に記載のバルブ装置。
4. 前記被かしめ部の厚さは、前記環状部の厚さ以下である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブ装置。
5. 前記被かしめ部に前記突出部がかしめられた後の前記環状部の前記内径は、前記被かしめ部に前記突出部がかしめられる前の前記環状部の前記内径と同じである、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のバルブ装置。

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