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调节器
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摘要
申请专利号:

CN200710169330.3

申请日:

2007.11.22

公开号:

CN101206486A

公开日:

2008.06.25

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: G05D16/00 主分类号: G05D16/00
申请人: ?#37096;?#29702;株式会社
发明人: 稻叶伸宏; 西田成伸
地址: 日本爱知县小牧市
优?#28909;ǎ?/td> 2006.12.22 JP 2006-346525
专利代理机构: 中原信达知识产权代理有限责任公司 代理人: 田军锋;王爱华
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法律状态
申请(专利)号:

CN200710169330.3

授权公告号:

101206486B||||||

法律状态公告日:

2010.07.14|||2008.08.20|||2008.06.25

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种能够防止设定压力上升的调节器。在将流体控制为设定压力的调节器(1)中,与阀体(7)接触或分离的阀座部(15)的硬度为D70以下。在将流体控制为设定压力的调节器(1)中,在温度为23度的条件下,与阀体(7)接触或分离的阀座部(15)的拉伸延伸率达250%以上。优选所述阀座部以PFA或PTFE为材料。

权利要求书

权利要求书
1.  一种将流体控制为设定压力的调节器,其特征在于,与阀体接触或分离的阀座部以硬度为D70以下的含氟树脂为材料。

2.  一种将流体控制为设定压力的调节器,其特征在于,与阀体接触或分离的阀座部,以温度为23度的条件下拉伸延伸率在250%以上的含氟树脂为材料。

3.  根据权利要求1或2所述的调节器,其特征在于,所述阀座部以PFA或PTFE为材料。

4.  根据权利要求1或2所述的调节器,其特征在于,其为控制1Mpa以下的流体的调节器。

说明书

说明书调节器
发明领域
本发明涉及以设定压力调节流体的调节器。
背景技术
以往,半导体制造装置制造的半导体中,供给至晶片的作用气体的流量或压力会使产?#20998;?#37327;产生偏差。因此,为了以设定压力控制供给至晶片的作用气体的压力,半导体制造装置装载有调节器。
调节器在PCTFE制阀座中可以接触或分离地设有提升阀体,根据提升阀体与阀座之间的阀开度控制流入压力室内的流体。调节阀通过调整阀开度以使压力室的内部压力与设定压力一致,从而能够以设定压力调节作用气体的压力。提升阀体没有设置滑动部,以便能够应对微小的压力变化。
专利文献1:日本专利公开2004-362036号公报
专利文献2:日本专利公开2005-128697号公报
PCTFE与其它含氟树脂相比,机械强度较大,因此,以往虽然考虑到使用了PCTFE制阀座的调节器在使用中设定压力不易上升,但是实际上,在使用中设定压力有?#24065;?#20250;上升。
发明人为了查明调节器的设定压力上升的理由,对使用PCTFE制阀座的调节器的密封性(耐久性)进行了调查。结果,以往的调节器在提升阀与某一转数的阀座接触或分离时,会产生流体泄漏。
另外,发明人观察了设置在设定压力上升的调节器上的阀座的密封面。在图10A和图10B中显示了该观察结果。
在PCTFE制阀座的隔着阀座中心而位于相反位置处的密封面中,其中一个密封面的宽度如图10A所示,为120μm,另一密封面的宽度如图10B所示,为28μm。因此,对于PCTFE制阀座而言,提升阀体会发生一端接触。
提升阀体的一端接触是由阀座磨损造成的,作为磨损的结果,密封面会恶化,从而产生泄漏。从阀座泄漏的流体流入压力室,从而使设定压力上升。
为了校正提升阀体的一端接触,?#37096;?#20197;考虑以机械方式改变调节阀的结构。但是,若考虑提升阀体不具有滑动部或者以多个结构部件形成调节器,则这种方法是较为困难的。
发明内容
本发明是为解决上述问题作出的,其目的在于提供了能够防止设定压力上升的调节器。
本发明涉及的调节器具有以下结构。
(1)在将流体控制为设定压力的调节器中,与阀体接触或分离的阀座部以硬度为D70以下的含氟树脂为材料。
(2)在将流体控制为设定压力的调节器中,与阀体接触或分离的阀座部,以温度为23度的条件下拉伸延伸率在250%以上的含氟树脂为材料。
(3)在(1)或(2)记载的发明中,所述阀座部以PFA或PTFE为材料。
(4)在(1)或(2)记载的发明中,其为控制1Mpa以下的流体的调节器。
发明效果
由于本发明的调节器使用了以硬度D70以下的柔软的含氟树脂制成的阀座部,因此,与阀体接触时阀座部易于变形,从而流体不易泄漏。因此,根据本发明的调节阀,能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。
由于本发明的调节器使用了在温度为23度的条件下拉伸延伸率在250%以上的易于变形的含氟树脂制阀座部,因此,阀座部的密封面不易磨损,从而不易产生泄漏。因此,根据本发明的调节器,能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。
在本发明的调节器中,优选阀座部采用以硬度为D70以下或以温度为23度时拉伸延伸率在250%以上的含氟树脂PFA或PTFE为材料。
在本发明的调节器中,由于对1Mpa以下的流体进行控制,因此减小阀体与阀座部接触的力。因此,根据本发明的调节器,即使在阀座部的强度较低或拉伸延伸率较大的情况下,阀座部也不易破损。
附图说明
图1为本发明实施例涉及的调节阀的剖面图。
图2显示了用于调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验方法。
图3显示了调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验结果。纵轴表示喷出He后的泄漏量(Pa·m3/s),横轴表示载荷(N)。
图4为调查耐久性的试验中使用的试验电路的电路图。
图5为比较PCTFE、PFA、PTFE的材料特性的视图。
图6A显示了PFA制阀座的耐久试验后的状态。
图6B显示了PFA制阀座的耐久试验后的状态。
图7A显示了PTFE制阀座的耐久试验后的状态。
图7B显示了PTFE制阀座的耐久试验后的状态。
图8显示了在颗粒评价试验中使用的装置的电路图。
图9显示了颗粒评价试验的试验结果。
图10A显示了在以往的调节器中使用的PCTFE制阀座的耐久试验后的状态。
图10B显示了在以往的调节器中使用的PCTFE制阀座的耐久试验后的状态。
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的调节阀的一个实施例进行说明。
图1为本实施例涉及的调节器1的剖面图。
调节器1形成了在流路单元2上安装外壳3的外观结构。外壳3使第1筒体部4与第2筒体部5螺合连接。在第2筒体部5的上端部可转动地安装调整手柄6。内置于上流路单元2中的提升阀体7形成与膜片8分离设置的自由提升结构。提升阀体7以不锈钢等金属为材料。内置于外壳3中的调整机构9与膜片8接触。调整机构9的结构为:可以随着调整手柄6的转动而调节施加在膜片8上的外部压力并设定作用气体的设定压力。
调节器1分别使作用气体供给配管和腔室与形成于流路单元2中的第1口11和第2口12相连,并且将从第1口11流向第2口12的作用气体的压力调整为设定压力。在流路单元2中,以与第1口11连通的方式形成用于容纳提升阀体7的第1压力室13。在流路单元2的上表面以圆柱状开设有凹部14,从而使第1压力室13与第2口12连通。
流路单元2,在第1压力室13与凹部14连通的部分设置作为“阀座部”的一个例子的阀座15。流路单元2使阀座保持件16、膜片8、膜片推压件17层叠在阀座15上,并螺合连接第1筒体部4。
因此,通过使流路单元2与第1筒体部4螺合时产生的紧固力,将阀座15压住并保持在凹部14的底壁上。另外,膜片8被夹持在阀座保持件16与膜片推压件17之间并以气密方式堵塞凹部14,从而形成第2压力室18。
在第1压力室13中,以与阀座15接触或分离的方式容纳提升阀体7。在提升阀体7上,收缩设置在第1压力室13中的复位弹簧19的弹力始终作用在阀座15的方向(图中的上方)上。突出设置在提升阀体7上的突出部7a贯穿阀座15的中央部并向第2压力室18一侧突出。
通过调整机构9对调节器1的设定压力进行调节。调整机构9通过调压杆20使调压弹簧21与调节手柄6相连。调节手柄6通过活塞22与膜片8接触并?#38405;?#29255;8施加弹力。在图1所示的调节器1中,调节手柄6位于最上端并?#20063;?#20250;在膜片8上施加外部压力。在这种状态下,膜片8与突出部7a分离。若使调节手柄6转动并使其下降,则压缩调压弹簧21,从而在膜片8上施加朝向阀座15方向(图中的下方)的力。膜片8与突出部7a接触而施加朝向图中的下方的力。
因此,在提升阀体7上,施加向图中上方作用的复位弹簧19的弹力和作用气体的流体压力的合力、以及向图中下方作用的调压弹簧21的弹力。调节器1中,在第2压力室18的压力为设定压力的情况下,向图中上方作用的复位弹簧19的弹力和作用气体的流体压力的合力与向图中下方作用的调压弹簧21的弹力平衡,提升阀体7与阀座15接触,以阻断流路。
与此相比,在第2压力室18的压力低于设定压力的情况下,膜片8向下变形,以下压提升阀体7。由此,阀开度增大,流入第2压力室18的作用气体增加,第2压力室18的压力升高。
另一方面,在第2压力室18的压力高于设定压力的情况下,膜片8向上变形,随之向上推动提升阀体7。由此,阀开度变小,流入第2压力室18的作用气体减少,第2压力室18的压力?#26723;汀?
然而,如在上述发明解决的课题中说明的那样,使用了PCTFE制阀座的调节器存在使用中设定压力升高的问题。在调节器1中,提升阀体7被复位弹簧19托起并且在无滑动的状态下容纳在第1压力室13中。无滑动的原因在于?#21512;?#38500;提升阀体7的机械损失,使提升阀体7能够根据微小的压力变化自由移动。因此,通过改变调节器的结构来防止设定压力上升实际上较为困?#36873;?
因此,本实施例的调节器1使用了以硬度为D70以下的含氟树脂或在周围温度为23度的条件下延伸率为250%以上的含氟树脂为材料的阀座15。
具体来说,使用以PFA(四氟乙烯-全氟基乙烯?#21387;?#32858;物)或PTFE(聚四氟乙烯)为材料的阀座15。
另外,本实施例的调节器1用于控制流体压力为1MPa以下的流体。
发明人制造了PCTFE制阀座用样品150A、PFA制阀座用样品150B和PTFE制阀座用样品150C,对各个样品150A、150B、150C实施了调查密封性的试验。在图2中显示了用于调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验方法。
如图2所示,在调查阀座材料和密封性的关系的试验中,将样品150A(150B、150C)夹持在第1板31和第2板32之间。第1板31形成用于供给试样(在本实施例中为He)的流路34,将提升阀体7设定在流路34上。作为复位弹簧19的变化,载荷传感器33在提升阀体7上施加载荷,并将提升阀体7密封在样品150A(150B、150C)上。在第2板32中,在与流路34相同的轴上形成流路35,并使其与泄漏检测器36相连。
在试验中,通过载荷传感器33,以规定的载荷使提升阀体7与样品150A(150B、150C)接触。在这种状态下,向流路34供给规定载荷的He,并通过泄漏检测器36测定泄漏量。一边逐渐增加载荷传感器33施加在提升阀体7上的载荷,一边实施一连串的测试。
图3显示了调查阀座材料与密封性的关系的试验的试验结果。在图3中,实线表示PCTFE制样品150A的试验结果,粗线表示PFA制样品150B的试验结果,虚线表示PTFE制样品150C的试验结果。图3的纵轴表示喷出He后的泄漏量(Pa·m3/s)。对于图3的泄漏量而言,?#36739;?#19978;,泄漏量就越大。横轴表示载荷(N)。
若将判断为耐久性不足的程度的设定压力上升换算为泄漏量,则达到1E-05Pa·m3/s。将该值作为基准值L。
对于PCTFE制样品150A而言,为了使泄漏量在基准值L以下,必需施加大约2.5N的载荷。与此相比,对于PFA制样品150B和PTFE制样品150C而言,为了使泄漏量在基准值L以下,必需施加大约0.2N的载荷。
从该试验结果判断出:PFA制样品150B和PTFE制样品150C能够以小到密封PCTFE制样品150A所需的载荷的10?#31181;?#19968;的载荷进行密封,以防止设定压力上升。因此,PFA制样品150B和PTFE制样品150C的密封性优于PCTFE制样品150A。
另外,对于PCTFE制样品150A而言,应缓缓减少泄漏量直至施加大约8N的载荷,若施加大约8N以上的载荷,则泄漏量大致一定。与此相比,对于PFA制样品150B和PTFE制样品150C而言,在施加大约2N的载荷之前,泄漏量?#26412;?#20943;少,若施加大约2N的载荷,则泄漏量大致一定。通过该试验结果可知:PFA制样品150B和PTFE制样品150C与PCTFE制样品150A相比,提升阀体7能够以较小的载荷在短时间内贴紧,对压力变化的响应性良好。从这一点?#37096;?#24471;知,PFA制样品150B和PTFE制样品150C的密封性优于PCTFE制样品150A。
下面,发明人对使用?#25628;?#21697;150A、150B的样品用调节器100A、100B的耐久性进行?#25628;?#31350;。图4为在调查耐久性的试验中使用的试验电路51的电路图。
在试验电路51中,从上游侧开?#21363;?#32852;连接样品用调节器100A(100B)、压力计52、阀53以及流量调节阀54。设定样品用调节器100A(100B)的设定压力,以压力计52计测的值为0.35Mpa。另外,流量调节阀54调节阀开度,以将试样的流量控制在30L/min。
在试验中,从上游供给0.5MPa的试样,使阀53进行开闭动作。在样品用调节器100A(100B)中,与阀53的阀开闭动作相配合,提升阀体7与阀座用样品150A(150B)接触或分离。因此,通过计测阀53的动作次数,来调查样品用调节器100A(100B)的耐久性。
结果,在使用PCTFE制样品150A的样品用调节器100A中,若阀53进行10万次动作,则设定压力上升,压力计52的测定?#26723;?#20110;供给压。
另一方面,在使用PFA制样品150B的样品用调节器100B中,即使阀53进行100万次动作,也不会引起设定压力的上升。
通过上述试验结果能够判断出:使用PFA制样品150B的样品用调节器100B的耐久性优于使用PCTFE制样品150A的样品用调节器100A。
另外,对于使用了PTFE制样品150C时的耐久性而言,也能获得与PFA相同的结果。
下面,对样品150A、150B、150C的耐久试验后的状态进行说明。图6A和图6B显示了PFA制样品150B的耐久试验后的状态。图7A和图7B显示了PTFE制样品150C的耐久试验后的状态。图6A、图6B以及图7A、图7B分别部分地显示了隔着阀座15中心的相反位置的密封面。
对于PFA制样品150B而言,如图6A所示,其中一个密封面的宽度为80μm,如图6B所示,与该密封面相反一侧的密封面的宽度为78μm。因此,对于PFA制样品150B而言,密封面上的磨损偏差较小。因此,对于PFA制样品150B而言,提升阀体7不会一端接触。
对于PTFE制阀座用样品150C而言,如图7A所示,其中一个密封面的宽度为110μm,如图7B所示,与该密封面相反一侧的密封面的宽度为100μm。因此,对于PTFE制阀座用样品150C而言,密封面上的磨损偏差较小。因此,对于PTFE制样品150C而言,提升阀体7不会一端接触。
另一方面,如在本发明解决的问题中说明的那样,对于PCTFE制样品150A而言,如图10A所示,其中一个密封面的宽度为120μm,如图10B所示,与该密封面相反一侧的密封面的宽度为28μm。因此,对于PCTFE制阀座用样品150A而言,密封面上的磨损偏差较大。因此,对于PCTFE制样品150A而言,提升阀体7会发生一端接触。
根据以上试验结果可知,若阀座15以PFA或PTFE为材料,则与以PCTFE为材料的情况相比,由于能够防止提升阀体7的一端接触,因此能够提高耐久性。
对使用以PFA或PTFE为材料的阀座15时密封性、耐久性提高的原因进行?#25628;?#31350;。
图5为比较PCTFE、PFA、PTFE的材料特性的视图。
在温度为23℃的条件下,PCTFE的拉伸延伸率为80~25%,PFA的拉伸延伸率为250~350%,PTFE的拉伸延伸率为200~400%。因此,由于PCTFE的拉伸延伸率小于PFA或PTFE的拉伸延伸率,因此不易变形。
关于硬度,PCTFE为D75~D85,PFA为D60~D64,PTFE为D50~D55。因此,由于PCTFE的硬度大于PFA或PTFE的硬度,因此不易变形。
以往的调节器为了提高阀座的耐久性,着眼于加大PCTFE的机械强度,阀座的材料采用PCTFE。换句话说,考虑到机械强度较小的PFA或PTFE制阀座容易因变形而产生流体泄漏,因此没有使用。
但是,如调节器1那样,在由复位弹簧19托起提升阀体7而没有设置滑动部的情况下,提升阀体7不稳定并易于倾斜。
如上所述,由于PFA或PTFE制阀座15的硬度较低,因此,在与提升阀体7接触?#24065;?#20110;变形。因此,提升阀体7即使倾斜并与阀座15接触,复位弹簧19也减额通过沿轴线的压力来校正倾?#20445;?#20174;而以均匀的力接触密封面。因此,对于PFA或PTFE制阀座15而言,提升阀体7以均匀的力反复接触密封面,因此密封面不易偏移变形(参见图6A、图6B、图7A、图7B)。
与此相比,由于PCTFE制阀座的硬度较高,因此与提升阀体7接触时不易变形。因此,若提升阀体7倾斜而与PCTFE制阀座接触,则即使通过复位弹簧19沿轴线方向按压,也不能校正倾?#20445;?#20174;而会与密封面一端接触。若通过该力在PCTFE制阀座产生塑性变形时及以后?#20013;?#20351;提升阀体7与密封面一端接触,则PCTFE制阀座的密封面形成单边磨损(参见图10A、10B)。
另外,对于PFA或PTFE制阀座15而言,拉伸延伸率较大。提升阀体7紧贴阀座15的密封面以进行密封,在与阀座15分离时,拉伸密封面的表面。由于拉伸延伸率较大的PFA或PTFE制阀座15被提升阀体7拉伸而变形,提升阀体7的吸附力逐渐减小,因此密封面的表面易于与提升阀体7分离。因此,对于PFA或PTFE制阀座15而言,不易通过提升阀体7剥离密封面的表面,从而磨损进行速度缓慢。
与此相比,对于PCTFE制阀座而言,拉伸延伸率较小。因此,提升阀体7在紧贴在PCTFE制阀座上以进行密封之后,在与PCTFE制阀座分离时,PCTFE制阀座的密封面的表面不易变形。PCTFE制阀座的密封面被提升阀体7有力地拉伸,容易在表面仍与提升阀体7紧贴的状态下剥离。因此,PCTFE制阀座的磨损进行速度加快。产生磨损的部分的密封面会形成凹凸,从而易于产生流体泄漏。
此处,发明人利用图8所示的试验电?#26041;?#34892;了颗粒评价试验。
如图8所示,试验电路的结构为:串联连接调节器61、压力计62、滤波器63、样品用调节器100A(或100B)、压力计64、气动阀65、流量调节阀66及流量计67,使流量计67与颗粒计数器68相连。
颗粒评价试验是通过在试验电路中交替组装使用PCTFE制阀座150A的样品用调节器100A和使用PFA制阀座150B的样品用调节器100B而进行的,调查PCTFE制阀座150A和PFA制阀座150B的颗粒产生量(个数)。在试验中,调节器61将流体压力控制在0.3Mpa,样品用调节器100A(或100B)将流体压力控制在0.15Mpa,流量调节阀66将流量控制在28L/min。
图9显示了颗粒评价试验的试验结果。
如图9所示,对于使用PCTFE制阀座150A的样品用调节器100A而言,由于在动作次数少于1.E+02次时,产生500个以上颗粒,进而在动作次数达到1.E+03次时,颗粒产生量大约增加10倍。之后,虽然颗粒产生量减少,但是可以认为是因为阀座150A的磨损加剧而不?#35013;?#33853;,从而导致颗粒减少。
与此相比,对于使用PFA制阀座150B的样品用调节器100B而言,在动作次数为1.E+02次时,颗粒产生量为0。之后,即使重复动作次数,颗粒产生量也基本上为零。即使在有时产生颗粒的情况下,该颗粒产生量也在极少的10个以下。
因此,PFA制阀座150B与PCTFE制阀座150A相比,颗粒产生量大幅减少。该试验结果以数值形式证明:PFA制阀座150B与PCTFE制阀座150A相比,磨损速度减缓,磨损减少。
另外,发明人对PTFE制阀座150C也进行了同样的试验,并获得了与PFA制阀座150B相同的结果。
如上所述,由于PFA或PTFE制阀座15与PCTFE制阀座相比,不易因一端接触而产生变形,因此不易产生流体泄漏,耐久性良好。
并且,由于PFA或PTFE制阀座15与PCTFE制阀座相比,磨损速度减缓并不易磨损,因此不易产生流体泄漏,耐久性良好。
如上所述,由于本实施例的调节器1使用了硬度为D70以下的柔软阀座15,因此,在与提升阀体7接触时阀座15易于变形,从而不易发生流体泄漏。因此,根据本实施例的调节器1,能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。
由于本实施例的调节器1使用了在温度为23度的条件下拉伸延伸率达250%以上的易于变形的阀座15,因此阀座15的密封面不易磨损,从而不易产生流体泄漏。因此,根据本实施例的调节器1,能够防止设定压力伴随流体泄漏而上升。
在本实施例的调节器1中,由于对1Mpa以下的作用气体进行控制,因此,能够减小提升阀体7与阀座15接触时的力。因此,根据本实施例的调节器1,即使在阀座15的硬度较低或者拉伸延伸率较大的情况下,阀座15也不易破损。
另外,本发明不限于上述实施例,其可以进行各种应用。
例如,在上述实施例中,虽然在气体供给控制装置中使用了调节器1,但是?#37096;?#20197;使第1口11与气体容器相连,使第2口12与真空泵相连,以用于真空抽吸时的压力调节。
例如,在上述实施例中,将夹持在流路单元2与阀座保持件16之间的阀座15作为“阀座部”的一个例子。与此相比,?#37096;?#20197;将阀座15一体设置在阀座保持件16或流路单元2上,并通过PTFE等树脂形成流路单元2或阀座保持件16,以便一体形成阀座部。

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