TWI749185B - 金屬膜片閥 - Google Patents

Abstract

本發明的課題在於提供一種：僅以極為簡易的構造，即使在高溫流體流動期間閥以1000萬次的等級形成開閉後，也能良好地降低因樹脂製閥座的老化所引起的Cv值變動，並且具備高耐久性，非常適合作為ALD製程用的直觸型金屬膜片閥。 　　本發明是具有下述構件的金屬膜片閥：本體，將閥座設在連通於1次側流路及2次側流路的閥室；金屬膜片，其配設於閥室上方的中央部上下移動而朝閥座形成抵接；閥桿，可自由升降移動地設在該金屬膜片的上方，使金屬膜片的中央部朝下方下降，其中，將流路節流部設在2次側流路的局部。

Description

金屬膜片閥

本發明關於金屬膜片閥，特別是關於：相當適合作為ALD(Atomic Layer Deposition；原子層沉積)製程所使用之高純度氣體控制用閥的金屬膜片閥。

傳統上，就半導體製程的氣體供給系統所使用的閥而言，在所謂乾旱(dry-down)特性、氣體置換特性、無顆粒(particle free)這幾點發揮絕佳特性之直觸型(direct touch type)的金屬膜片閥為主流，其基本構造，形成以下的構造：具有高強度、高彈性及高耐腐蝕性的圓盤狀金屬薄膜(金屬膜片)成為閥體，在外周圍被挾持於本體與閥帽(bonnet)之間的狀態下構成閥室的外部密封部，中央部被升降移動的閥桿(stem)所按壓，抵接、緊密附著於｢固定於流路開口部周緣之樹脂製環狀｣的閥座而將閥關閉，另外，當從閥桿的按壓解放時，利用本身的形狀回復力而從閥座分離，藉此將閥開放。此外，在這樣的閥中，多半具備｢由調整螺絲所形成的閥桿｣之行程調整手段的構造，藉由該行程調整手段，對應於閥的使用位置和條件、個體差異等來調整行程(stroke)，而取得各個閥所必需的Cv值。

另外，由於近年來半導體更加的細微化、高積體化；和埃(angstrom；Å)等級之薄膜蒸鍍控制的要求，就薄膜生長製程而言，所謂的ALD製程的需要高漲。話雖如此，在ALD製程中，由於是以原子、奈米等級逐層堆積來控制薄膜生長，因此氣體供給管線，必須以極高的速度切換所謂前驅體、惰性氣體、氧化類氣體的不同流體，並連續地反覆對艙室的供給、排出循環。由於以原子層等級來控制薄膜生長，為了在晶圓上獲得製品所需等級的薄膜生長，通常需要1000萬次程度的閥開閉壽命，因此，閥需要能承受遠遠超出傳統預設程度之使用次數的高耐用性，並且需要閥開閉的高反應性。此外，由於極為高精確度地控制薄膜生長，即使在對應於這種流體的高速脈衝使閥執行開閉動作的期間，流體的流量(Cv值)也必須極為高精確度地形成穩定化。不僅如此，由於供給氣體，是由金屬化合物所形成的蒸汽壓極低的特殊流體，為了穩定供給必須將溫度保持約200度，因此，閥需要這種程度的耐高溫性。

由於要求上述的特殊條件，因此在ALD製程中採用傳統構造的閥的場合中，將產生各種的問題，特別是關於樹脂製閥座，已知有幾個基於｢暴露於高溫流體的狀態下，極為多數(大量)且高速地開閉閥所衍生的老化｣的課題。對於這種閥座的課題，已提出了譬如專利文獻1、2的技術。

在專利文獻1中，揭示了直觸型金屬膜片閥的閥行程調整方法。該文獻的手段，首先，使閥在特定溫度下形成特定次數的開閉，控制閥座的形狀變化並降低Cv值的上升，在此之後，採用由閥帽、致動器支承用筒部、鎖定螺帽(lock nut)所形成的閥行程調整機構，將膜片閥的最大閥行程，調整固定成較｢由特定形狀、素材所構成之金屬膜片的最大***高度｣更小的設定值，藉此達成金屬膜片的高耐久性，降低閥座的老化並確保閥Cv值的穩定。

在專利文獻2中，揭示流體控制閥的閥座構造。該文獻的流體控制閥的閥座構件，是由氟樹脂所形成，高度方向的材料厚度與徑向的材料厚度，是以成為特定比率範圍內的方式形成，藉由這樣的形狀，降低｢閥座構件於高溫流體之流動期間的熱膨脹｣、和｢伴隨著閥開閉的沉入量、復原量｣，藉此達成Cv值變動的降低。

除此之外，傳統以來，在半導體製程的氣體供給系統中，作為有關Cv值變動的降低、亦即流體的流量控制、穩定化的手段，是所謂的質量流量控制器。質量流量控制器的基本構造，是在流路的適當位置，具備直觸型的金屬膜片閥等流量控制閥作為控制閥，另外，朝向裝置流入的流路，朝向流量感測器側與旁通(bypass)側分歧，在流量感測器側正確地量測流體的質量流量，該量測資訊作為流量的輸出訊號透過控制迴路和閥驅動迴路等，作為必要的開度資訊送往控制閥所具備的致動器，構成致動器可依據該輸入資訊調整閥的開度，藉由經常且適當地執行該資訊的傳遞，因應流量的增減適當地調整閥的開度，能使流動於流路之流體的流量維持穩定。舉例來說，在專利文獻3所提出之質量流量控制器的場合中，是藉由將大幅縮減之孔口的上游側壓力，設定成下游側壓力的2倍以上，必須獲得｢通過該孔口的氣體流量｣與｢上游側壓力｣之精確度高的線型性(比例關係)，來作為｢成為流量控制之前提｣的條件，在該文獻的第6圖中，揭示了可更換的孔口與控制閥的構造。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]：日本特許第5331180號公報 　　[專利文獻2]：日本特許第5243513號公報 　　[專利文獻3]：日本特許第3522544號公報

[發明欲解決之問題]

然而，本案發明人專心研究的結果，對於上述ALD製程中預定使用的直觸型金屬膜片閥，得知以下的新課題。亦即，如以上所述，在流通高溫流體，且以1000萬次的規模反覆執行閥的開閉循環的期間，雖然有極些微的位移，卻導致閥座變形而緩緩地塌落，閥的流路剖面積也伴隨著該塌落變形而略為增加，結果可得知：導致閥的Cv值增加而超出所要求的程度問題。傳統上，伴隨著這種閥座的塌落變形之Cv值的增加極小，且閥的開閉次數充其量為數百萬次規模，因此不成問題，如以上所述，即使在所謂高溫、大量循環的嚴苛使用狀態下，作為對於高精確度的Cv值的穩定性嚴格要求的ALD製程用閥，則成為嶄新的課題。

相對於上述的課題，專利文獻1，雖然是藉由預先特定的閥開閉來調整閥座的變化形狀，但對於以至少1000萬次的程度使閥形成開閉後閥座的形狀變化，卻沒有任何的考慮、說明，因此無法解決上述閥座之塌落變形的課題。此外，即使利用專利文獻1的手段調整閥座形狀，也無法保持使用1000萬次的程度後，閥座不會如以上所述的塌落變形。不僅如此，專利文獻1所揭示的閥座調整步驟，雖然是使200度的高溫流體流動於每個閥並執行10000次程度的閥開閉，但這樣的步驟實際上需要相當的程序與時間，不僅不夠實際，對閥的生產性所造成的不良影響極大。

除此之外，在專利文獻1中，利用閥行程調整機構來調整行程並固定成小於｢金屬膜片的***高度｣，提高膜片之強度的同時，達成Cv值的穩定化，但在利用本體和閥帽、或鎖定螺帽等構件間之旋鎖量的行程調節中，因螺紋脊部及螺紋溝的加工精確度、和閥之個體差異所衍生的品質參差不齊等基本上無法避免，雖可簡單地因應一般程度的Cv值調整，卻無法充分地對應於如以上所述ALD製程所要求之高Cv值穩定化，只能說是不穩定的手段。同樣地，傳統上閥所具備的行程調整機構，是概略地獲得所需Cv值的機構，僅根據該手段，是無法執行ALD製程所要求之高精確度Cv值調整。據此，專利文獻1的技術無法解決上述課題。

在專利文獻2中，對於閥經過1000萬次規模的開閉後之閥座構件的形狀變化，不具任何的記載、暗示，此外，該文獻的閥座構件，充其量是藉由熱膨脹及凹陷、復原而形成形狀變化，用來消除對應於這種形狀變化之Cv值變動的手段，同樣不具任何相關的記載與考量。此外，對應於該形狀變化的Cv值變動，揭示了0.2以內的較大數值範圍，在所揭示的數值例中，開始使用時與經過預定時間後的Cv值，減少將近30%。這點，在Cv值變穩定性特別嚴格的使用條件中，譬如開始使用前與1000萬次開閉後Cv值變化率被限定為10%以內的場合中，恐有無法充分對應的疑慮。據此，專利文獻2的技術無法充分地作為解決上述課題的手段。

此外，在直觸型金屬膜片閥中，構造上，膜片與閥座之間的間隙直接影響閥的Cv值，且ALD製程中Cv值穩定性極為要求高精確度，因此如同上述專利文獻1、2般，僅關於所謂樹脂製閥座和金屬膜片的可撓性軟質構件的研究、改良，根本無法對於上述課題提供充分的解決手段。

另外，專利文獻3，雖然揭示了作為控制閥的直觸型金屬膜片閥，但對於樹脂製閥座則完全不具任何相關的記載、暗示，關於上述課題和ALD製程也完全沒有記載，充其量是關於質量流量控制器的技術，因此，不可能根據專利文獻3來解決上述課題。此外，這種質量流量控制器，基本上由於可使用的氣體種類是個別地決定，並且構造複雜價格高昂，因此，作為因應上述課題的解決手段，至少在其生產性、使用性等存在不小的問題。

有鑑於此，本發明是為了解決上述的問題點所開發的技術，本發明目的在於提供一種：僅以極簡易的構造，即使在高溫流體流動的期間使閥以1000萬次的程度形成開閉之後，也能良好地減輕因樹脂製閥座的老化所衍生的Cv值變動，並且具備高耐久性，非常適合作為ALD製程用的直觸型金屬膜片閥。 [解決問題之手段]

為了達成上述目的，請求項1的發明，是具有下述構件的金屬膜片閥：本體，將閥座設在連通於1次側流路及2次側流路的閥室；金屬膜片，其配設於閥室上方的中央部上下移動而朝閥座形成抵接；閥桿，可自由升降移動地設在該金屬膜片的上方，使金屬膜片的中央部朝下方下降，其中，將流路節流部設在2次側流路的局部。

請求項2的發明，是金屬膜片閥，其中在金屬膜片閥中，具備可調整成閥之必要Cv值的Cv值調整手段。

請求項3的發明，是金屬膜片閥，其中Cv值調整手段中的Cv值調整，是藉由調整金屬膜片的閥開度所執行。

請求項4的發明，是金屬膜片閥，其中Cv值調整手段，是執行金屬膜片之行程調整的行程調整手段。

請求項5的發明，是金屬膜片閥，其中在本體搭載有致動器，該致動器內建有：促使閥桿下降的彈簧、及藉由壓縮空氣的供給而上升的活塞，而作為可藉由調整螺絲的鎖入將該活塞的上升量設成可調整的行程調整手段。

請求項6的發明，是金屬膜片閥，其中流路節流部被設在：2次側流路、與設於本體的出口側流路之間的連通位置。

請求項7的發明，是金屬膜片閥，其中設有流路節流部，使高溫流體流動的期間，閥的開始用時、與1000萬次開閉後之間的Cv值的變動，成為10%以下。

請求項8的發明，是金屬膜片閥，其中流路節流部，使相對於2次側流路之流路徑的節流比率形成0.58以上且未滿1的範圍。 [發明的效果]

根據請求項1所記載的發明，藉由將流路節流部設在2次側流路的局部，舉例來說，如同用於ALD製程的場合，當高溫流體流動期間閥以1000萬次的程度形成開閉動作後，閥座塌落變形，並伴隨著該變形使流路剖面積增加時；或者相反地伴隨著閥座的膨脹變形而使流路剖面積減少時，即使從閥室朝2次側流路流出的流量產生些微的變化(些微增加、或者些微減少)，在設於2次側流路之局部的流路節流部，能良好地吸收、緩和這種流量的些微變動，結果可帶來以下的效果：與對應於閥座之形狀變化的量比對，能將閥的Cv值變動降低至極小。不僅如此，由於是基於｢所謂流路節流部之剛性構件的簡易構造｣之Cv值變動的穩定化手段，基本上不受限於閥的使用次數可作為Cv值穩定手段維持相同性能發揮作用，並以極簡易的構造達成Cv值的穩定化。

根據請求項2所記載的發明，由於具備可調整成閥之必要Cv值的Cv值調整手段，舉例來說，可因應閥的使用位置和條件、使用的氣體種類等、或者閥的個體差異等，而容易獲得閥之概括的必要Cv值。

根據請求項3所記載的發明，利用Cv值調整手段的調整，是利用金屬膜片的閥開度調整所執行，因此調整Cv值的原理，是閥構造上最簡易且最直接的，並且能容易地執行大範圍的調整、設定，可提高閥的使用性。

根據請求項4所記載的發明，Cv值調整手段，是執行金屬膜片之行程調整的行程調整手段，因此，能以極簡易的構造，容易且確實地執行金屬膜片的閥開度調整。

根據請求項5所記載的發明，由於是利用設成｢藉由螺絲的鎖入，調整搭載於本體之致動器所內建的活塞的上升量｣的調整螺絲進行調整的行程調整手段，因此能以極簡易的構造，容易且確實地調整Cv值。

根據請求項6所記載的發明，由於流路節流部設在｢2次側流路｣與｢設於本體的出口側流路｣之間的連通位置，故能簡易地形成，並使所形成的位置成為緊接於閥室後的位置，能直接地對應設有樹脂製閥座之閥室內部的些微流量變動，可提高閥的Cv值穩定化的效果。除此之外，由於能使本體緊緻化，故有助於閥的小型化。

根據請求項7所記載的發明，由於設有流路節流部，使高溫流體流動的期間，閥的開始用時、與1000萬次開閉後之間的Cv值的變動，成為10%以下，因此，藉由具備極高的Cv值穩定性，作為譬如ALD製程之氣體供給所使用的閥，能在廣泛的條件下良好地使用。

根據請求項8所記載的發明，由於使相對於2次側流路之流路徑的節流比率形成0.58以上且未滿1的範圍，因此，能確實地確保閥的必要Cv值，並且能因應所需Cv值穩定性等的使用條件，設定適當的閥構造。

以下，根據圖面詳細地說明本發明之實施形態的構造。第1圖，是顯示具備本實施形態(本例)之致動器的金屬膜片閥中，閥之全開狀態的縱剖面圖，第2圖為第1圖的全閉狀態。

本例的閥，是具有以下構件的金屬膜片閥：本體5，將閥座4設在連通於1次側流路1及2次側流路2的閥室3；和金屬膜片7，其被配設於閥室3上方的中央部，形成上下移動而朝閥座4形成抵接；及閥桿8，可自由升降移動地設於該金屬膜片7的上方，促使金屬膜片7的中央部朝向下方下降，並且本例的閥，將流路節流部6設在2次側流路2的局部。

此外，在本體5搭載有致動器本體10，該致動器本體10內建有：促使閥桿8下降的彈簧11、及藉由壓縮空氣的供給而上升的活塞12，而作為可藉由調整螺絲13的鎖入將該活塞12的上升量設成可調整的行程調整手段。

蓋14，外觀略呈圓筒形狀，在軸心位置設有：由可與｢設於外部之圖面中未顯示的氣體源｣連接(鎖合)內螺紋所形成的連接部15，在連接部15的後側形成有：可與後述的調整螺絲13鎖合的內螺紋部16，在內螺紋部16的後側形成有：可與後述的活塞12之延伸部37a嵌合的嵌合部17。在蓋14的下端部，設有可與殼體18的內螺紋鎖合的外螺紋。此外，在蓋14的內部，凹設有用來彈推後述彈簧11的承接部21。

殼體18，形成直徑與蓋14大致相同的圓筒狀外觀，在上端部形成前述的內螺紋，在下端部也形成可與基座22的外螺紋鎖合的內螺紋。此外，在殼體18的內周面，形成有可卡合並保持後述副基座25的階段部26。

基座22，上部側形成直徑與殼體18大致相同的筒狀，並形成有可與前述內螺紋鎖合的外螺紋，另外，下部側形成與本體5大致相同形狀的筒狀，並形成有可與本體5的內螺紋27鎖合的外螺紋28。此外，在中央的軸心位置，開口形成有安裝孔29，該安裝孔29形成可嵌合｢作為閥桿的桿8｣並且能上下滑動之縱長形。不僅如此，如稍後所述，在上部側與下部側之間形成有頸部22a，作為對高溫流體的隔熱對策。

閥帽30，形成略扁平筒狀，在中央的軸心位置開口形成有安裝孔30a，該安裝孔30a可嵌合膜片件(diaphragm piece)31並可上下滑動。在該安裝孔30a，設有對應於膜片件31之鍔部31a的階段部。

金屬膜片7形成略圓盤狀，在本例中，是將SPRON(商標)製的膜片構件以特定數量重疊後使用，這些膜片構件的周緣部，被挾持固定於｢形成於本體5的閥室3之外周部的凸部33｣與｢閥帽30的下端外周部｣之間，而構成閥室3的外周密封部。

當組裝本例的閥時，金屬膜片7，是將其周緣部放置於凸部33上，並將閥帽30的下端外周部放置於金屬膜片7上，在從上下挾入的狀態下，一旦將基座22的外螺紋28鎖合於本體5的內螺紋27，藉由基座22的下端面側將閥帽30的上端面側壓入後鎖附，金屬膜片7的周緣部被閥帽30與凸部33從上下按壓而固定於閥室3內，構成外周密封部。

第3圖，是本例的本體5的縱剖面圖，第7圖是習知例的本體50的縱剖面圖。本例的本體5，將流路節流部6設在2次側流路2的這一點，與傳統例的本體50不同，本例的流路節流部6被設在：2次側流路2、與設於本體5的出口側流路2a之間的連通位置。

在第3圖中，本例的本體5，是利用SUS316L製而一體形成略呈矩形的外觀，在上側的筒狀部內周面，形成有可與基座22的外螺紋28鎖合的內螺紋27，在其後側的側面，形成有可與閥帽30外周面嵌合的嵌合部34，在其後側底面形成有環狀的閥室3空間。從本體5的底面側，於軸心位置朝向上方穿設有1次側流路1，並形成開口直到閥室3空間為止，在形成於該開口周緣部的安裝溝部，固定有PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚；Perfluoroalkoxy alkane)製的環狀閥座4，金屬膜片7的中央部下表面被桿8所按壓而可撓變形地緊密附著於在閥座4的上表面。

在第3圖中，2次側流路2，從閥室3底面的局部朝向本體5的底面側連通，在該局部設有流路節流部6。就該流路節流部6的加工方法而言，譬如預先在本體5的軸心方向上，從閥室3側穿設2次側流路2直到特定深度為止，另外，在從該2次側流路2的軸心方向稍微偏心的方向上，從本體5底面側穿設｢作為2次側流路2之局部的出口側流路2a｣直到特定深度為止。此時，將2次側流路2與出口側流路2a加工成彼此不會連通的深度。接著，為了使這些2次側流路2與出口側流路2a連通，只要穿設特定直徑的流路節流部6，便能簡單地形成具有本例之流路節流部6的2次側流路2。如此一來，淺薄地從閥室3直接連結2次側流路2，在此之後短距離地連結流路節流部6，在此之後，連結經擴徑的出口側流路2a，並將這些形成於｢緊緻地形成的本體5｣內，藉此使閥室3與流路節流部6之間的距離變得極小，並能提高後述藉由流路節流部6抑制閥的Cv值變化率的效果。

相對於此，第7圖，是顯示習知本體50之2次側流路51之構造的其中一例的縱剖面圖。如同該圖所示，在該習知例中，2次側流路51是由合計2條的流入側流路51a與流出側流路51b所形成，流入側流路51a與流出側流路51b，是穿設成直接交叉而彼此連通，並未設有如第3圖所示的流路節流部6。在第7圖中，與第3圖所示之部位相同的部位，標示相同的圖號並省略其說明。

接下來，採用第1圖、第2圖，說明本例之致動器本體10的構造。致動器本體10，為了確保氣體驅動力(開閥力)，至少設有2個氣體室35a、35b，如該圖所示，配置副基座25，並緊緻地使活塞12形成2層構造，確保氣體室35a、35b。

活塞12具有：2片平行地伸出之圓形凸緣狀的活塞部36a、36b；及連結這些活塞部之中心位置的筒狀的延伸部37a、37b、37c，在延伸部37a的上端面側，於活塞12內部開口形成可將供給氣體朝軸心方向導通的流路38，在該流路38分歧形成有：朝向2個氣體室35a、35b形成開口，並可供給氣體的流路38a、38b。因此，在圖面中未顯示的氣體供給源連接於連接部15的場合中，來自於供給源的氣體，通過流路38、38a、38b而供給至氣體室35a、35b。

在活塞部36a、36b的外周緣部，設有FKM(氟橡膠；fluororubber)製的O型環39a、39b，並且分別滑動於殼體18、基座22的內周面之間形成密封，同樣地，在延伸部37a設有O型環40a、40b，在延伸部37b設有O型環41，在延伸部37c設有O型環42，並且更進一步在副基座25的外周緣部設有O型環43。如稍後所述當活塞12升降移動時，筒狀的延伸部37a相對於蓋14(嵌合部17)的軸心方向稍微地傾斜並上下移動，將摩擦嵌合部17的內周面而產生損傷或者導致作動不良，為了避免這樣的情形產生，O型環40a、40b設置2個而提高抑制活塞12傾斜的效果。

作為閥桿的桿8，嵌合於基座22的安裝孔29內周面並設成可幾乎沒有抵抗地上下滑動，以SUS304製且形成縱長形，上端面8b抵接於活塞12之延伸部37c的下端面，下端面8c抵接於膜片件31的上端面。

此外，在流體約為200度等高溫的場合，一旦因流體的傳熱使致動器成為高溫，而導致作動不良產生、或者安裝有感測器之類的電子機器的場合，將產生因為熱使機器故障的情形。因此，為了使來自於｢已被加熱的本體5｣的熱不容易傳遞至致動器本體10，而實施特定的熱對策。在本例中，以不會對閥和致動器的功能造成妨礙的範圍，減少｢從成為發熱構件的本體5和閥帽30等將熱朝向致動器本體10傳遞之熱傳遞路徑構件的剖面積｣。

具體地說，為了縮小與｢由來自於高溫流體的熱傳導而成為加熱構件之膜片件31的上端面｣接觸的接觸領域，桿8的下端面8c形成圓弧狀曲面，同樣地，成為加熱構件之桿8的上端面8b也形成圓弧狀曲面，縮小與｢活塞12之延伸部37c的下端面｣接觸的接觸領域，在桿8的上下，至少不會有因面接觸而導致有效地熱傳導的問題。除此之外，將頸部22a設在基座22，並將頸部8a設在桿8，藉此能盡量地減少｢從本體5側朝向致動器本體10側之熱傳導的剖面積｣，抑制熱傳導率。

本發明的金屬膜片閥，具備可調整成閥之必要Cv值的Cv值調整手段。這是由於：當製造閥時，藉由將閥製造成可設定為｢較同一製品所需要的Cv值具有更大餘裕｣的Cv值，對每個閥調整設定成實際上必要的Cv值，而消除個體的差異。此外，閥除了同一製品中的個體差異之外，由於使用條件等也存在差異，因此設置Cv值調整手段，可預先對每個閥調整設定為必有的固有Cv值。因此，只要是能將閥調整成必要Cv值的手段，可因應實施上的需要而任意地選擇，舉例來說，亦可藉由變更膜片而使Cv值改變；或者變更本體和閥座、閥帽等而使閥室容量和流路形狀變更等，來調整Cv值。

在本例中，當執行上述的Cv值調整時，是藉由調整金屬膜片7的閥開度所執行。閥開度直接影響Cv值，而且閥開度調整稱得上是最簡易且確實的Cv值調整手段，因此極為合適。除此之外，如先前所述，在本例中，Cv值調整手段，是作為執行金屬膜片7之行程調整的行程調整手段，該行程調整手段，如第1圖、第2圖所示，是藉由外螺紋部13a與蓋14的內螺紋部16鎖合，而作為設成可調整高度的調整螺絲13。

具體地說，本例的閥，所使用的流體是預設為約200度的高溫流體，有必要將閥於200度時的Cv值設為0.5。為了對應這樣的需求，預先將閥設計成：在金屬膜片7的全開狀態中，常溫狀態下Cv值為0.65的程度，200度時的Cv值譬如0.6(至少大於0.5的值)，在此之後，利用調整螺絲13調整將Cv值抑制為0.5，藉此消除200度時閥的個體差異(Cv值差)。

調整螺絲13，由於外螺紋部13a鎖合於內螺紋部16形成連結，故能調整該鎖合連結的旋鎖距離。該鎖合連結，可藉由將板手***孔部13b來轉動。此外，活塞12之延伸部37a的上端部，藉由氣體供給而上升，藉此抵接於調整螺絲13的下端部，使上升受到限制。因此，調整螺絲13的位置，可藉由鎖合連結的調整，設定為｢對應於閥的必要Cv值之活塞12的最大行程位置｣，藉此限制活塞12的上升，閥的Cv值調整變得可能。當朝向致動器供給氣體時，將供給源安裝於連接部15之際，供給的氣體可連通｢貫穿該調整螺絲13的軸心位置所形成的流路｣。

接著，說明本案例的閥從全開狀態到全閉狀態的作用。如先前所述，第1圖顯示全開狀態，第2圖顯示全閉狀態。以下，說明從全開狀態的氣體室35a、35b抽出氣體的場合。

在第1圖中，在氣體室35a、35b充填有氣體，藉由該氣體壓使活塞部36a、36b對抗彈簧11的彈推力而向上拉起。另外，金屬膜片7的中央部，藉由本身的形狀恢復力朝上方鼓出。在該鼓起狀態下，乘載於上表面的膜片件31，與乘載於其上表面的桿8一起呈現拱起的狀態，此外，如以上所述，活塞12的延伸部37a的上端部，藉由調整螺絲13的行程調整，抵接於其下端部，使上升受到限制。因此，金屬膜片7的中央部，並不會完全鼓出成自然的形狀，而是形成些微的凹陷。

其次，隨著氣體從氣體室35a、35b排出，藉由彈簧11的彈推力將活塞部36a的上表面朝下方按壓，伴隨於此，活塞12的延伸部37c的下端部將桿8的上端面8b壓下，伴隨於此，桿8的下端面8c將膜片件31的端面壓下，伴隨於此，膜片件31的下表面形成可撓變形，使金屬膜片7的中央部上表面凹陷。在此之後，一旦膜片件31完全地下降且金屬膜片7的中央部完全地緊密附著於閥座4的上表面，則如第2圖所示，閥形成全閉狀態。

從該全閉狀態朝向全開狀態的作用，為上述作用的相反順序，首先，從連接於連接部15之圖面中未顯示氣體供給源，透過流路38、38a、38b將氣體供給至氣體室35a、35b，對致動器本體10賦予氣體壓，並由該氣體壓使活塞12上升。伴隨著該活塞12的上升，桿8、膜片件31從活塞12的按壓下解放，並且金屬膜片7的形狀復原力也被釋放，伴隨於此，藉由金屬膜片7之中央部的鼓起，將膜片件31、桿8頂起而上升。該上升，當活塞12的延伸部37a的上端部與調整螺絲13的下端部形成抵接便結束，形成第1圖所示之閥的全開狀態。 [實施例]

接下來，依據採用3D-CAD模擬(three-Dimensional Computer Aided Design simulation)的實驗例，說明本發明之流路節流部6的作用效果。第4圖，是將具有第7圖所示的習知構造之本體50的金屬膜片閥作為比較例，在具有第1圖~第3圖所示的本例之本體5的金屬膜片閥中，將流路節流部6的直徑分別設為Φ3.8mm、Φ4.0mm、Φ4.2mm時，將從閥座4的基準高度起的塌落量適當地設定數個，並對閥的Cv值在每個塌落量產生何種變化地執行了實驗的結果，予以圖表化。將第1圖~第3圖的2次側流路2及第7圖的流入測流路51a的直徑皆設定為Φ6mm，並將第1圖~第3圖的出口側流路2a及第7圖的流出測流路51b的直徑皆設定為Φ7mm。

如第4圖所示，面對前述閥座的塌落課題，本案的發明人將流路節流部6設在2次側流路2並量測閥的Cv值變化率(增加率)時，得到所謂｢具有能顯著地降低Cv值之變化率的效果｣的見解。如該圖所示，相較於習知構造，設有流路節流部6的本例，其圖形的傾斜明顯較小，除此之外，流路節流部6的直徑越鎖小，圖形的傾斜越小，可得知閥座4的塌落變形對Cv值的影響變少。

這是考慮到下情形的緣故：Cv值的定義，通常是定義成將｢1psi(約6.9kPa)的壓力差，溫度為60℉(約15.5℃)的清水，流動於特定行程(travel)(指特定狀態、開度的閥或者孔口等)的流量｣，換算成USgal/min(約3.785L/min)的流量等，一旦依據｢根據壓力差(壓力損失)與流量所計算的作法｣進行研究，藉由設置如同流路節流部6般能適度地增加閥之壓力損失的壓力損失手段，使閥座4僅以些微的量形成塌落，即便是對應於這樣的情形導致來自於閥室3內的流入流量些微地增加，至少在這種流體且這種程度之些微的流量增加量的範圍內，相較於不具有流路節流部6的場合，對Cv值之增加量的反應變慢(相對於對應閥座4之塌落變形的流量變動，閥的Cv值特性的傾斜趨緩)。但是，並非任何種類的壓力損失手段皆可，必須如同本發明的流路節流部6，是可因應閥座的老化而適當地對流體賦予壓力損失的手段。因此，在本發明中形成：藉由將流路節流部6設於2次側流路2的局部，至少抑制閥的Cv值對應於閥座4的塌落變形而增加的情形。

因此，當藉由將2次側流路2及出口側流路2a的直徑固定為上述的值，變更流路節流部6的直徑而改變節流比率(在本實施例中，為｢流路節流部6的直徑/2次側流路2的直徑｣)來求取適當的範圍時，可得知至少相對於2次側流路2的直徑，只要流路節流部6的直徑為0.58以上未滿1時最合適。亦即，由於一旦流路節流部6的直徑低於Φ3.5mm的程度，200度時的Cv值便低於0.5，因此直徑的下限適合該程度，另外，直徑的上限，至少考慮到必須形成節流部的這點，就必須設定成較2次側流路2或者出口側流路2a之中任一個的直徑更小，在本實施例的場合中，由於2次側流路2的直徑Φ6mm較小，基於設定成｢較該直徑更小的範圍｣的這點，而形成未滿1。因此，流路節流部6之直徑的比率，相對於2次側流路2為0.58以上未滿1，相對於出口側流路2a則形成0.5以上0.86以下。如此一來，流路節流部6的直徑，對應於閥的尺寸和使用條件等適當地設定即可，本例的閥，是將流路節流部6的直徑設定成Φ4mm，在該場合中，節流比率相對於2次側流路2為0.67，相對於出口側流路2a為0.57。

根據流路節流部6抑制Cv值增大的效果，相反地，即使在｢藉由使閥座4些微地膨脹而變形，導致流路剖面積減少，而閥的Cv值對應於該狀態而些微地減少｣的場合中，該Cv值的減少率，相較於不具有流路節流部6的場合，也能受到抑制。

相對於此，第5圖、第6圖，是在約200度的高溫流體實際流動於本例之構造的閥的狀態下，開閉閥的次數以1000萬次的程度進行，而執行了耐久開閉試驗的結果。作為比較例，準備了2個構造與第7圖所示的本體50相同的習知例，與本例的閥進行Cv值變動的比較。第5圖是實際的Cv值的變動值，第6圖則顯示相對於初期狀態之變動的變化率(增加率)。在本例試驗所使用的閥中，相對於閥座4，為了使溫度變形和外力變形等所引發的形狀變化保持一定的程度，而實施特定的老化處理(aging process)，並將該處理後的閥設定為初期狀態(流動高溫流體並執行閥的開閉試驗前的開始使用時)。

如第6圖所示，習知例的Cv值，2個例子皆於1000萬次開閉後，相對於初期值增加10%以上，另外，由於本例的閥維持5%左右的變化率，因此，就Cv值變化率這點，具有流路節流部6之本例的構造，相較於習知例的構造有2倍程度的改善。除此之外，即使在1500萬次開閉後，也保持在變化率未達7%的程度。該水準，就近年來逐漸要求之ALD製程用氣體供給閥而言，是充分的水準，可謂是1個基準。因此，在本例的閥中，至少相對於閥的初期狀態(開始使用時)，將1000萬次開閉後之Cv值的變動設定為10%以下，藉此，即使是ALD製程中，也能擔保充分的流量穩定性。

不僅如此，本發明，並不侷限於前述實施形態的記載，在不脫離本發明的申請專利範圍所記載之發明要旨的範圍內，能有各式各樣的變更。

1‧‧‧1次側流路2‧‧‧2次側流路2a‧‧‧出口側流路3‧‧‧閥室4‧‧‧閥座5‧‧‧本體6‧‧‧流路節流部7‧‧‧金屬膜片8‧‧‧桿(閥桿(stem))10‧‧‧致動器本體11‧‧‧彈簧12‧‧‧活塞13‧‧‧調整螺絲(行程調整手段)

第1圖：是本例的金屬膜片閥之全開狀態的縱剖面圖。 　　第2圖：是本例的金屬膜片閥之全閉狀態的縱剖面圖。 　　第3圖：是本例之本體的縱剖面圖。 　　第4圖：是將閥座的塌落與Cv值的變化率予以圖形化的圖表。 　　第5圖：是將閥的開閉次數與Cv值予以圖形化的圖表。 　　第6圖：是在第5圖中，將縱軸作為Cv值之變化率的圖表。 　　第7圖：是習知例之本體的縱剖面圖。

1‧‧‧1次側流路

2‧‧‧2次側流路

2a‧‧‧出口側流路

3‧‧‧閥室

4‧‧‧閥座

5‧‧‧本體

6‧‧‧流路節流部

7‧‧‧金屬膜片

8‧‧‧桿(閥桿(stem))

8a‧‧‧頸部

8b‧‧‧上端面

8c‧‧‧下端面

10‧‧‧致動器本體

11‧‧‧彈簧

12‧‧‧活塞

13‧‧‧調整螺絲(行程調整手段)

13a‧‧‧外螺紋部

13b‧‧‧孔部

14‧‧‧蓋

15‧‧‧連接部

16‧‧‧內螺紋部

17‧‧‧嵌合部

18‧‧‧殼體

21‧‧‧承接部

22‧‧‧基座

22a‧‧‧頸部

25‧‧‧副基座

26‧‧‧階段部

27‧‧‧內螺紋

28‧‧‧外螺紋

29‧‧‧安裝孔

30‧‧‧閥帽

30a‧‧‧安裝孔

31‧‧‧膜片件

31a‧‧‧鍔部

33‧‧‧凸部

34‧‧‧嵌合部

35a、35b‧‧‧氣體室

36a、36b‧‧‧活塞部

37a、37b、37c‧‧‧延伸部

38、38a、38b‧‧‧流路

39a、39b‧‧‧O型環

40a、40b‧‧‧O型環

41、42、43‧‧‧O型環

Claims (6)

1. 一種金屬膜片閥，是具有以下構件的金屬膜片閥：本體，將閥座設在連通於1次側流路及2次側流路的閥室；和金屬膜片，配設於前述閥室上方的中央部上下移動，而朝閥座形成抵接；及閥桿，可自由升降移動地設在該金屬膜片的上方，促使該金屬膜片的中央部朝下方下降，其特徵為：將流路節流部設於前述2次側流路的局部，前述流路節流部構成：使相對於前述2次側流路之流路徑的節流比率形成0.58以上且未滿1的範圍，並且在高溫流體流動的期間，前述閥的開始用時、與1000萬次開閉後之間的Cv值的變動，成為10%以下。
2. 如請求項1所記載的金屬膜片閥，其中具備可調整成該閥之必要Cv值的Cv值調整手段。
3. 如請求項2所記載的金屬膜片閥，其中前述Cv值調整手段中的Cv值調整，是藉由調整前述金屬膜片的閥開度所執行。
4. 如請求項3所記載的金屬膜片閥，其中前述Cv值調整 手段，是執行前述金屬膜片之行程調整的行程調整手段。
5. 如請求項4所記載的金屬膜片閥，其中在前述本體搭載有致動器，該致動器內建有：促使前述閥桿下降的彈簧、及藉由壓縮空氣的供給而上升的活塞，而作為可藉由調整螺絲的鎖入將該活塞的上升量設成可調整的前述行程調整手段。
6. 如請求項1至請求項5之其中任一項所記載的金屬膜片閥，其中前述流路節流部被設在：前述2次側流路、與設於前述本體的出口側流路之間的連通位置。

Images