JPH06300148A

JPH06300148A - ダイヤフラム型弁

Info

Publication number: JPH06300148A
Application number: JP8424493A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Satoshi Mizogami; 敏溝上; Yoichi Sugano; 洋一菅野
Original assignee: Motoyama Eng Works Ltd
Current assignee: Motoyama Eng Works Ltd
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、流体との接触時における該流体の
汚染防止、流体との接触部の腐食防止、該接触部分での
微生物の寄生防止等を容易に実現できるようにしたダイ
ヤフラム型弁を提供することを目的とする。【構成】少なくとも当該使用流体との接触部、具体的
には、弁本体２やダイヤフラム３の最表面に熱酸化不動
態化処理を施すことにより薄膜層２Ａ、３Ａを形成す
る。【効果】薄膜層２Ａ、３Ａは、それ自体からの物質の
放出が皆無に近いといえるので、接触する流体の汚染を
防止することができ、かつ、その下層部分からの物質の
放出を抑えることができる一方、各種の流体に対する耐
食性に優れ、微生物の寄生も抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全部品が金属材料から
成るダイヤフラム型弁の改良に関するものである。

【０００２】

【従来技術】この種のダイヤフラム型弁は、それ自体か
らの微量の放出物質でも問題となる場合、特に高純度化
した流体を使用する場合の配管系に適用するべく開発さ
れたものである。

【０００３】この場合、ダイヤフラム弁の弁本体は、ス
テンレス鋼から成るものが多用されており、また、その
内面は直接的に流体と接触するようになっているか、そ
の内面について、例えば表面粗度Ｒ_max が１μｍ程度の
鏡面処理を施すような手段を講じているの一般的であ
る。

【０００４】前記弁本体の内面と使用流体との接触につ
いての典型的な例としては、第一に、弁本体の内表面が
ガス体と接触する場合、第二は、弁本体の内表面が液体
と接触する場合、第三に、食品や薬品の製造プロセスに
おける使用液体と弁本体とが接触する場合等が挙げられ
るが、これら以外にも多種多様の態様での使用例が考え
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの接触態様の場合にも、従来技術の構成では、弁本
体からの放出物質が不可避的であり、特に、該放出物質
による使用流体への影響は甚大である。

【０００６】すなわち、前記第一の例では、例えば半導
体製造プロセスにおいて、超高純度ガス中でステンレス
鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）から成る弁本体を使用する
場合、該弁本体の内表面に吸着している水分やハイドロ
カーボンがガスとなって放出されて該超高純度ガス中に
混入すると、当然のことながら該高純度ガスの純度を劣
化させる。また、弁本体の内面と反応性ガスや腐食性ガ
スとが接触すると、可回避性の反応生成物が発生した
り、該内面の腐食が進行したりするが、かかる事態は、
特に、当該製造ラインの運転停止時等、該ガスの停滞時
にはより顕著なものとなる。従って、ラインの再運転開
始時には、いわゆるガスパージを丹念に行う必要があ
り、作業能率上好ましくない。

【０００７】また、前記第二の例では、弁本体の内表面
が液体と接触する場合、例えば半導体ウェハの洗浄プロ
セスにおいて、高温超純水を用いた場合、弁本体と共に
接液部の中核的部分であるダイヤフラムから溶出される
金属物質（Ｆｅ、Ｎｉなど）により、該高温超純水の洗
浄性能を劣化させるのみならず、洗浄後のウェハ表面の
安定性が損なわれたり、殺菌効果を減退させたりする。

【０００８】下記の表１は、ニッケル−コバルト合金か
ら成るダイヤフラムを、室温（Ｒ．Ｔ．）及び７０℃の
超純水中に夫々５日ずつ放置した場合における放出物質
の成分の分析結果例を示すものである。なお、このダイ
ヤフラムの組成は、コバルトが３０〜４０、ニッケルが
１０〜２０、クロムが８〜１５、炭素が０．０３以下、
タングステンが３〜５、モリブデンが４〜１２、チタン
が０．５〜３、マンガンが０．５〜１、硫黄が０．５〜
２、そして残部が鉄という組成比であるものを用いたも
のである。また、同表中における、超純水中の放出物質
の元素名は放出量の多いもの、具体的には０．５ｐｐｂ
を越えるもののみを示した。

【０００９】

【表１】

【００１０】なお、有機物質除去や殺菌効果の向上を図
るべく、高温超純水中にオゾン（Ｏ ₃ ）を添加すること
が行われているが、この場合には、前記金属物質の放出
現象が顕著なものとなる。すなわち、オゾンを添加した
超純水は、非常に活性なものとなり、非添加時には不溶
出の物質も溶出するようになる。

【００１１】さらに、前記第三の例では、例えば弁本体
の内面を、表面粗度Ｒ_max が１μｍとなるような鏡面処
理を施す手段が講じられていても、特に、試液品の弁本
体内における停滞時には、微生物の寄生や活性化エネル
ギーの大きな変化による液体置換反応が不可避的であ
り、弁本体は、例えば一つの使用工程後毎に、面倒ない
わゆるＣＩＰ洗浄を行う必要があり、作業工数を増やす
要因となる。

【００１２】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
べくなされたものであり、流体との接触時における該流
体の汚染防止、流体との接触部の腐食や、該接触部分で
の微生物の寄生防止等を容易に実現できるようにしたダ
イヤフラム型弁を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明の主たる構成は、全部品が金属材料から成るダイ
ヤフラム型弁において、少なくとも流体との接触部の最
表面に熱酸化不動態化処理を施すことにより薄膜層を形
成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】適宜の熱酸化不動態化処理に係る薄膜層は、そ
れ自体からの物質の放出が皆無といえるので、接触する
流体の汚染を防止することができ、かつ、その下層部分
からの物質の放出を抑えることができる一方、各種流体
に対する耐食性に優れ、微生物の寄生も抑制できる。

【００１５】

【実施例】図１は、本実施例に係るダイヤフラム型弁を
示すものであり、全部品が金属材料から成り、例えば半
導体デバイス製造用のプロセスガス配管系に設けられる
ものである。

【００１６】本ダイヤフラム型弁１は、特に、使用ガス
体と直接的に接触する接ガス部が弁本体２とダイヤフラ
ム３の２つの部品から成るという省滞留部構造に係るも
のである。

【００１７】前記弁本体２は、超高純度のガス体を流す
ためのガス配管系に配設されるようになっており、流入
口４と流出口５とを連通する弁孔６の弁頭上方を覆うよ
うに前記ダイヤフラム３が配置されている。

【００１８】前記ダイヤフラム３は、前記弁孔６の弁頭
位置近傍から立ち上がるように形成された弁室７の底部
に位置し、アクチュエータボタンホルダ８によって周縁
部が押圧された状態で位置決めされている。

【００１９】図１中２つの拡大部分Ｋａ、Ｋｂは、夫々
弁本体２の流入口４の近傍における内表面状態、及びダ
イヤフラム３の積層状態を示すものである。ここで、弁
本体２は、ステンレス鋼（好適にはＳＵＳ３１６Ｌ）か
ら成るものであり、ダイヤフラム３は３枚の構成体３ａ
〜３ｃから構成され、接ガス側の一枚の構成体３ａはス
テンレス鋼（好適にはＳＵＳ３１６Ｌ）、他の二枚の構
成体３ｂ、３ｃはニッケル−コバルト合金から成るもの
である。

【００２０】前記拡大部分Ｋａに示すように、前記弁本
体２の内表面には熱酸化不動態化処理が施されており、
三酸化二クロムの薄膜層２Ａが形成され、そして、前記
拡大部分Ｂに示すように、構成体３ａの最表面には三酸
化二クロムの薄膜層３Ａが形成されている。なお、前記
薄膜層２Ａ、３Ａは、本実施例においてはいずれも１０
０％の純度で形成されている。

【００２１】本実施例は、上記のように構成されている
ので、薄膜層２Ａ、３Ａは、それ自体からの物質の放出
が皆無に近いので、接触する超高純度ガス体の汚染を防
止することができる。なお、クロム酸化物から成る材料
は、微生物の寄生場所になり難いことは実験的に検証さ
れている。

【００２２】図２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）
からの物質の放出量について、本実施例に係る構造のよ
うに熱酸化不動態化処理を施した被試験体の場合（黒塗
棒グラフ）と、かかる処理を施さないが表面を＃６００
のバフ研磨した従来構造の被試験体の場合（斜線棒グラ
フ）とを比較した実験結果である。なお、本実験におけ
る条件は、８０℃の超純水中に前記各被試験体を５日間
放置するというものであった。

【００２３】同図から理解できるように、従来構造のも
のは、ニッケルの放出量が極めて顕著であり、次いでＴ
ＯＣ、鉄、マンガン、ナトリウム、クロムの順で高い放
出量を示している。これに対して、本実施例に係る構造
のものは、いずれも従来構造のものに比べて放出される
物質の量は殆ど無視できるものであることが理解でき
る。

【００２４】また、図３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１
６Ｌ）の腐食量について、従来例１のように単に接液表
面を＃３２０のバフ研磨した場合、及び従来例２のよう
にその接液表面を電解研磨した場合の被試験体と、本実
施例のように熱酸化不動態化処理を施した被試験体の場
合とを比較した実験結果である。なお、本実験における
条件は、１８０℃の高温超純水中に前記各被試験体を２
４０時間放置するというものであった。

【００２５】図３から理解できるように、本実施例に係
るものの腐食量は、従来例１に比べて略３０分の１程度
であり、従来例２に比べても略４分の１程度である。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、使用流体がガ
ス体の場合、長期間（例えば１週間〜１カ月）の間その
ガス流を停止しても弁本体等の内表面からの放出ガスが
極微量に抑制でき、ガス純度を劣化することなく、ま
た、反応生成物の発生や微生物の寄生も回避でき、再運
転開始時に逐一ガスパージをする必要がない。従って、
少なくともガスパージ用の専用の配管系を省略すること
ができ、全配管系を安価に提供できる。また、使用流体
が超純水のような流体の場合、弁本体やダイヤフラムか
らの金属元素の溶出が、実際の使用に殆ど影響ない程度
まで低減でき、例えばオゾンを含む熱超純水を使用する
場合にも何等支障なく適用できる。

【００２７】また、請求項２及び請求項３の発明によれ
ば、薄膜層を三酸化二クロムで形成することにより、使
用流体が超純水の場合でも、その停滞時における微生物
の寄生を有効に防止することができ、これに基づくＣＩ
Ｐ洗浄のような余分な装置及び作業工程を省略すること
ができる。前記三酸化二クロムを１００％の純度にする
ことにより、これらの効果をより有効に実現できる。

【００２８】請求項４の発明によれば、少なくとも弁本
体をステンレス鋼で形成することにより、従来より用い
られている構造のものを流用することができると共に、
前記熱酸化不動態化処理を施した薄膜層を容易に形成す
ることができる。

【００２９】請求項５の発明によれば、ダイヤフラム
を、各構成体のうち、前記接触部に対応する構成体の金
属材料のみをステンレス鋼とし、他の構成体をニッケル
−コバルト合金で形成することにより、薄膜層を容易に
形成する一方、使用環境が苛酷なダイヤフラムに求めら
れる高弾性、高耐腐食性等を犠牲にすることがない。

【００３０】請求項６の発明によれば、ＳＵＳ３１６Ｌ
は不純物含有量が少ないステンレス鋼であるので、本発
明に係る構成材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるダイヤフラム型弁の一実施
例を示す一部断面図である。

【図２】超純水中でのステンレス鋼からの放出元素と放
出量との関係を示すグラフである。

【図３】高温超純水中におけるステンレス鋼の腐食量に
ついての、本実施例と従来例との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ダイヤフラム型弁、２弁本体、２Ａ薄膜層、３ダイヤフラム、３Ａ薄膜層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全部品が金属材料から成るダイヤフラム
型弁において、少なくとも流体との接触部の最表面に熱
酸化不動態化処理を施すことにより薄膜層を形成したこ
とを特徴とするダイヤフラム型弁。
【請求項２】前記薄膜層は、三酸化二クロムから成る
ことを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム型弁。
【請求項３】前記三酸化二クロムは、１００％の純度
であることを特徴とする請求項２に記載のダイヤフラム
型弁。
【請求項４】前記全部品のうち、少なくとも弁本体が
ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１から請求
項３までのいずれか１項に記載のダイヤフラム型弁。
【請求項５】前記全部品のうち、ダイヤフラムは、複
数枚の積層構成体から成り、各構成体のうち、前記接触
部に対応する構成体の金属材料がステンレス鋼であり、
他の構成体の金属材料がニッケル−コバルト合金である
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか
１項に記載のダイヤフラム型弁。
【請求項６】前記ステンレス鋼は、ＳＵＳ３１６Ｌで
あることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のダ
イヤフラム型弁。