JPH0251671A - メタルダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタルダイヤフラム弁に関し、特に、超高純度
流体の流通系に好適なメタルダイヤフラム弁に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩの製造過程などに用いられるような超高純度流体
の流通系においては、不純分濃度が１　ｐｐｂを切るよ
うな、ｐｐｔレベルであることが要求されるようになり
つつある。この様な要求に応えるためには、一般に次の
ような要件を満すことができなければならない。

Ａ、外部への漏洩が絶無であるばかりでなく、外部流体
（たとえば大気など）が逆拡散現象に基づいて内部に侵
入するようなことは逆圧の場合でも絶無であること。

〔有害な流体が外部に漏出するのを防止するためおよび、外部流体の侵入による内部流体の純度低下を防止するため〕

Ｂ、内部流路には、微粒子を生ずるような材料（表面処
理材等を含む）、部品、機構部（摺接部等）などが皆無
であること。

〔内部流体にとって不純分である固体粒子、特に摺接部における摩耗に伴う微粒子の発生を防止するため〕

Ｃ１内部流路には流体の滞留を許容するような袋小路状
のデッドスペースがないこと。

〔パージングによる不純分の完全排除を効果的にするため〕

Ｄ、流通される流体に対し耐食性に優れていること。

〔腐蝕されないばかりでなく、反応生成物による純度低下を防止するため〕

Ｅ、内部流路を形成する材料から放出される不純分の量
が極少であること。

〔材料表面に吸着された不純分、特に大気に触れた部分に付着した大気成分、中でも水分等の浸出による内部流体の純度低下を防止するとともに、ハイドロカーボン系あるいは高分子系の材料などのように、洗浄液や水分その他各種の成分を容易にかつ比較的多量に吸収してこれを外部に放出しやすい性質の材料を排除して不純分濃度を所望レベル以下に維持するため〕

Ｆ、高温状態で流体の流通や減圧などが可能なベーキン
グ処理を施し得ること。

〔Ｅ項に記述したような吸着・吸収された不純分の放出を促進するため〕

Ｇ、閉鎖状態においては開閉部からの漏洩が極少である
こと。

〔漏洩率を現在のモル測定限界である １　０−”　Ｔｏｒｒ　・ｌ／５ｅｅ（Ｈｅ）程度以下
にするため〕上述のような諸要件のうちＡ−Ｆ項は超高
純度流体の流通系全般に関する共通的課題であり、かつ
Ａ−Ｄ項については不純分濃度が１）Ｉ）ルベルの領域
でも問題になる点であるが、Ｅ項以下の諸要件はｐｌ）
ｂレベル以下の領域において特に問題とされる要因であ
る。

また、上記Ｅ項に関するガスの吸収・放出の程度は上記
ハイドロカーボン系や高分子系の材料などに比し金属の
ほうが一般に数桁以上少ないことが知られており、実用
上からは吸着量がなるべく少ない金属を使用するのがよ
いとされている。さらに、Ｆ項に関しては使用材料とし
て高温でも支障のない材料が望ましいことは言うまでも
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のような超高純度流体の流通系に設けられる開閉弁
は必然的に上記Ａ−Ｆ項の諸要件を満たすものでなけれ
ばならないが、さらに弁固有の問題として考えた場合、
上記０項に関しては、充分に配慮されたダイヤフラム弁
が最適構造であるとされている。

また、上記Ｇ項は弁特有の問題であって従来からも要求
されていたところであるが、たとえば樹脂製の弁座を有
する従来の弁においては樹脂を透過するガス量が多いた
め漏洩率が１０−’Ｔｏｒｒ　・ｌ／５ｅｅ（Ｈｅ）程
度にすぎないので、これを１０−”　Ｔｏｒｒ　・！／
５ｅｃ（Ｈｅ）程度に改善するためには複数の弁を直列
に設けなければならず、取扱が不便であるばかりでなく
コスト高になるなどの不具合がある。

上述のようなことから、超高純度流体の流通系に設けら
れる弁としてはつぎのような構成のものが最適であると
考えられるようになってきた。

Ｈ，メタルダイヤフラムと弁座とが直接接触するように
構成すること。

〔これにより弁室にはデッドスペースが形成されず、か
つ駆動用のバネやステムなどの部品類および摺接部等を
排除することができる〕■、弁座は金属製とし弁箱と一
体に形成すること。

〔これにより樹脂製の場合におけるようなガスの透過を防止することができる〕

Ｊ、弁内の流体接触面にはすべてサブミクロンレベルの
鏡面仕上げを施すこと。

〔これによりガスの吸着量を極少にすることができるとともに、メタルダイヤフラムと弁座との相互接触部におけるシール特性を改善することができる〕

しかしながら、これらＨ〜Ｊ項のような処置を施しても
従来の弁においては上記Ｇ項に関する開閉部からの漏洩
率が１０−５〜１０−’Ｔ　ｏｒｒ１／５ｅｅ（Ｈｃ）
程度で、上述のような非金属材料からなる弁座を設けた
場合よりも劣っている。このように、上記開閉部にサブ
ミクロンレベルの鏡面仕上げが施されているにも拘らず
なおシール特性が不十分であるというのは、上記開閉部
におけるシール面圧が周方向に不均等なためである。

なお、このようなシール特性を改善するため従来からも
メタルダイヤフラムの弁座対向部に銀などのような軟質
金属をメツキする手段が考えられている。しかしながら
、軟質金属は一般に耐久性に劣るため短時間で剥離した
り、あるいは摩耗によって微粒子を生ずるなどの不具合
があり、また低融点のものや耐食性に劣るものなどがあ
るので、半導体の製造過程におけるように多種類の腐蝕
性ガスが用いられる流通系の弁に適用することは極めて
困難である。

本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、メタルダイヤフラムと金属製の弁座との組合せ
でありながら著しく優れたシール特性を備え、単一でも
漏洩率を１０−”　Ｔｏｒｒ１／５ｅｅ（Ｈｅ）以下に
することができ、特に、超高純度流体の流通系に好適な
メタルダイヤフラム弁を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、金属材料から弁箱と一体に形成された弁座に
対し、周縁部が上記弁箱に流体密に支持されるとともに
中央部が上記弁座に対し接離自在に対向するメタルダイ
ヤフラムを有し、弁開閉用駆動部材と上記メタルダイヤ
フラムとの間にこのメタルダイヤフラムを上記弁座に対
し均等なシール面圧で圧接させるための弾性抑圧手段を
設けたことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は上述のように構成されているので、弁開閉用駆
動部材を介してメタルダイヤフラムを弁座に圧接させた
とき、メタルダイヤフラムに作用する押圧力の作用点や
作用方向などに若干の変位や傾斜等があっても、また、
メタルダイヤフラムおよび弁座が伸縮し難い金属から形
成されていても、これらに基づくミスアラインメントは
上記弾性抑圧手段によって吸収ないしは補正され、開閉
部におけるシール面圧が周方向に均等に分布されるから
、漏洩率が良好な再現性をもって１０−”　Ｔｏｒｒ　
・ｌ／５ｅｅ（Ｈｅ）以下に維持される。

したがって、内部流体の外部への漏出および外部流体の
内部への侵入がいずれも効果的に防止されるから、ひい
ては当該流通系における超高純度流体の不純分濃度をｐ
ｐｔレベル程度に維持することも可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明について図示の実施例を参照しながら説明
する。

第１図に示す第１の実施例において、弁箱１には弁室２
および、これに開口する流入路３および流出路４が形成
されている。流入路３の弁室２側開口部、すなわち弁孔
５の外周部には、弁室２内に突出する環状の弁座６が適
宜の金属材料から弁箱１と一体に形成されている。弾性
変形可能な適宜の金属材料から形成された単数または複
数の円形状薄板からなるメタルダイヤフラム７は、周縁
部が上記弁箱１とボンネット８とにより流体密に支持さ
れて弁室２の一方の壁部を形成するとともに、中央部が
上記弁座６と接離自在に対向している。そして、流体の
流通路を構成する流入路３、弁室２および流出路４の全
内面、すなわち開閉部を含む流体との全接触面には、す
べてサブミクロンレベルの鏡面仕上が施されている。

一方、弁開閉用駆動部材９は上記ボンネット８とネジ係
合１０する弁軸１１および、これの外端部に設けられた
ハンドル１２を備えている。また、上記メタルダイヤフ
ラム７と弁軸１１との間には押圧部材１３が介設されて
いる。この抑圧部材１３は、メタルダイヤフラム７の方
に突出する曲面状端部を有して弾性変形自在な適宜材料
（たとえばポリイミドまたはポリアミドなどのような比
較的耐熱性に優れた樹脂材料等）がら形成されている。

したがって、上記ハンドル１２を一方に回動して弁軸１
１を軸方向に前進させ、抑圧部材１３を介してメタルダ
イヤフラム７を弁座６に圧接させることにより弁を閉状
態にしたり、これとは逆に弁軸１１を後退させて、メタ
ルダイヤフラム７をその復元力で弁座６がら離間さする
ことにより弁を開状態にしたりすることができる。

上述のように構成された弁においては、弁箱１を金属材
料から形成するとともに、これに対しメタルダイヤフラ
ム７の周縁部を流体密に支持させて弁室２を閉塞するよ
うにしたので、金属部を介しての内部流体の外部への漏
洩や外部流体の内部への侵入などを確実に防止すること
ができる。また、流入路３から弁室２を経て流出路４に
至る流通路内には摺接部が存在していないから摩耗によ
って微粒子を生ずるようなことがないし、流通路内には
流体を吸収・放出しやすい非金属材料などは用いられて
いないばかりでなく流体との全接触面にはサブミクロン
レベルの鏡面仕上が施されているから、耐熱性に劣る材
料が使用されていないためベーキング処理を容易に施し
得ることと相まって、内部からの不純分発生量を極少に
することができる。さらに、流通路内には実質的なデッ
ドスペースが形成されていないから短時間で効果的なパ
ージングを行なうことができる。

しかも、開閉部は上述のようにサブミクロンレベルの鏡
面仕上げが施されているため良好な接触が得られるばか
りでなく、さらに弾性変形自在な抑圧部材１３を介して
メタルダイヤフラム７を弁座６に圧接させるようにした
ので、押圧部材１３と弁軸１１との間および、メタルダ
イヤフラム７と弁座６との間における抑圧力の作用点や
作用方向等に若干のミスアラインメントがあっても、こ
れらは押圧部材１３の弾性変形によって吸収ないし補正
され、開閉部には全周にわたり均等なシール面圧が作用
することになる。したがって、弁座が金属または樹脂等
からなる従来例に比し開閉部のシール特性は大巾に向上
される。また、弁座６は金属材料から形成されているか
らガスが透過するようなこともない。

すなわち、本発明者の実験によれば、上述のように構成
された弁における漏洩率を数万回にわたる繰返実験の間
１０−”　Ｔｏｒｒ　−１／５ｅｅ（Ｈｅ）以下に維持
することができ、再現性および信頼性に極めて優れてい
ることが実証された。

つまり、第２図において（Ａ）は実験設備を示し、同図
中４０は圧力調整器、４１はテストしようとするメタル
ダイヤフラム弁、４２はＨｅガスリークディテクタを示
す。

圧力調整器４０によりＨｅガスをＩＫ〜ＩＯＫの圧力に
調整し、これをメタルダイヤフラム弁４１に供給し、そ
れぞれＨｅガスのリーク具合をガスリークディテクタ４
２で検出する。

この結果を第２図（Ｂ）に示す。リークのある場合は破
線で示す特性となるが、本発明のメタル後にはリークデ
ィテクタ４２の検出感度以下になる。なお、樹脂製ダイ
ヤフラムでは本質的に透過が発生するのでリークディテ
クタ４２の検出感度以下にはならない。

これは、上述のように弁座６に対しメタルダイヤフラム
７を均等なシール面圧で圧接させるための手段（第１の
実施例においては弾性変形自在な抑圧部材１３）を具備
しているからに他ならない。

なお、樹脂製の弁座とメタルダイヤフラムとを備えた従
来の弁には、弁軸の内端部とメタルダイヤフラムとの間
に介設された樹脂製の押圧部材を有するものがあるが、
この押圧部材は、弁軸の回転スラストがメタルダイヤフ
ラムに伝達されないようにするベアリング機構としての
作用をなすものであって、本発明とは全く異質のもので
ある。

第３図に示す第２の実施例においては、弁軸２０の内端
部と押圧部材２１との間にバネ部材２２が介設されてい
る。

また、第４図に示す第３の実施例においては、弁軸３０
と押圧部材３１との間に自動調芯機構３２が介設されて
いる。図示例においては弁軸３０の内端部に形成された
円錐状の凹部３３と、押圧部材３１の球面状凸部３４と
が係合することにより自動調芯作用をなすように構成さ
れている。

上記第２および第３の実施例とも、その他の部分は上記
第１の実施例におけると実質的に同等に構成されている
ので、相対応する部分には第１図におけると同一記号を
付して示し説明を省略する。

また、これら再実施例とも上記第１の実施例におけると
同等の作用・効果を奏し得ることは改めて説明するまで
もないであろう。

〔発明の効果〕 本発明によれば、上述のようにメタルダイヤフラムと金
属製の弁座との組合せでありながら著しく優れたシール
特性を備え、単一でも漏洩率を１０−”　Ｔｏｒｒ　・
ｌ／５ｅｅ（Ｈｅ）以下にすることができ、特に、超高
純度流体の流通系に好適なメタルダイヤフラム弁を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（Ａ）
（Ｂ）はその実験を説明するもので、（Ａ）図は実験設
備の説明図、（Ｂ）図は実験結果の特性図、第３図は本
発明の他の一実施例を示す断面図、第４図は本発明のさ
らに他の一実施例を示す断面図である。 １・・・弁箱、２・・・弁室、３・・・流入路、４・・
・流出路、６・・・弁座、７・・・メタルダイヤフラム
、９小駆動部材、１３，２１．３１・・・抑圧部材、２
２・・・バネ部材、３２・・・自動調芯機構、３３・・
・凹部、３４・・・凸部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料から弁箱と一体に形成された弁座および
   、周縁部が上記弁箱に流体密に支持されるとともに中央
   部が上記弁座に対し接離自在に対向するメタルダイヤフ
   ラムを有し、弁開閉用駆動部材と上記メタルダイヤフラ
   ムとの間にこのメタルダイヤフラムを上記弁座に対し均
   等なシール面圧で圧接させるための弾性押圧手段を設け
   たことを特徴とするメタルダイヤフラム弁。
2. （２）弁内部に流通される流体との全接触面に鏡面仕上
   げを施したことを特徴とする第１の請求項記載のメタル
   ダイヤフラム弁。