特開 2024-108231 合成樹脂弁の摺動構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108231

(43)【公開日】2024-08-13

(54)【発明の名称】合成樹脂弁の摺動構造

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/122 20060101AFI20240805BHJP

   F16K 27/00 20060101ALI20240805BHJP

   F16K 27/02 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

F16K31/122

F16K27/00 A

F16K27/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012486

(22)【出願日】2023-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000101514

【氏名又は名称】アドバンス電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079050

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 憲秋

(72)【発明者】

【氏名】松沢 広宣

【テーマコード（参考）】

3H051

3H056

【Ｆターム（参考）】

3H051AA01

3H051BB10

3H051CC11

3H051DD07

3H051FF01

3H051FF15

3H056AA01

3H056BB41

3H056CA01

3H056CB03

3H056CD03

3H056DD03

3H056GG03

3H056GG11

(57)【要約】

【課題】ピストン部材と駆動側ボディとの摺動部のクリアランスに傾動が発生するおそれを極力防止し、弁体の着座を弁座に対して垂直に維持し、かつ繰り返し動作にも安定した着座とすることで、パーティクルの発生を最小限に抑えることができ、構成が簡単かつ単純で、設計変更が自在でしかも数値的な変更が容易で実際的である構造を提案する。
【解決手段】被制御流体の流入部１２及び流出部１３ならびに弁座１５を有する流路側ボディ１１と、ピストン用筒状空間２１を有する駆動側ボディ２０と、前記ピストン用筒状空間に配置されて前記弁座に対して弁体３５を進退させるピストン３１及びロッド部３２を有するピストン部材３０を備えた合成樹脂弁１０において、前記ピストン部材の駆動側ボディとの摺動面３０ａ，３０ｂに傾動抑制のための複数の突部５０を設けた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被制御流体の流入部及び流出部ならびに弁座を有する流路側ボディと、ピストン用筒状空間を有する駆動側ボディと、前記ピストン用筒状空間に配置されて前記弁座に対して弁体を進退させるピストン及びロッド部を有するピストン部材を備えた合成樹脂弁において、
前記ピストン部材の駆動側ボディとの摺動面に傾動抑制のための複数の突部を設けたことを特徴とする合成樹脂弁の摺動構造。

【請求項2】

前記突部が摺動方向にリブ状の突起である請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造。

【請求項3】

前記ピストン部材のピストン外周部に傾動抑制のための突部を３つ以上設けた請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造。

【請求項4】

前記ピストン部材のロッド部外周部に傾動抑制のための突部を２つ以上設けた請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造。

【請求項5】

前記ピストン部材のピストン外周部及びロッド部外周部のそれぞれに傾動抑制のための複数の突部を設けた請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造。

【請求項6】

前記突部の突出高さが０．０５～０．５ｍｍの範囲内である請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造。

【請求項7】

前記突部が前記ピストン部材と同一材料により一体に形成されている請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、半導体の製造等で使用されるダイアフラム弁等の合成樹脂弁に関し、特には弁座と弁部との着座時に生じるパーティクルの発生を抑制する合成樹脂弁の摺動構造に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造等において、シリコンウエハの洗浄用の純水やエッチング処理用の薬液等の流体には極めて高い清浄度が求められる。具体的には、半導体の大規模集積化、加工の微細化のためには回路パターンの配線幅を２０ｎｍ以下とすることが要求され、２０ｎｍ以上のパーティクルが流体に混入することは、製品の歩留まりに大きな影響を与える。

【0003】

このため、従来からパーティクルの発生を抑制する各種の合成樹脂弁の構造が提案されている。例えば、特許文献１では、ダイアフラム外周にリング状の抑え部材を配置するとともに、ピストンの外周円錐台部には楔部材を配置して、弁体やピストンの軸ブレを低減するようにしたダイアフラム弁の構造が提案される。なお、この文献では、ピストンのＯリング等のパッキン材が不要な構造としても開示される。また、特許文献２では、金属薄板を往復動部材の外縁に取り付け、垂直方向への往復動部材の移動を規制する規制部材を設けたダイアフラム弁の構造が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１４２３３５号公報

【特許文献2】特開２０１８－３１４２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかるに、例えば１万回以上の空打ち実験を経た樹脂製のＯＮ／ＯＦＦバルブ用制御弁の弁座と弁部との着座部には、程度の差こそあれ部分的に環状の汚れ部であるズリがしばしば見受けられる。これは、発明者の知見によれば、この種ピストン機構の避けることができないピストンの摺動構造に起因するものであって、すなわち、ピストン機構にあっては、ピストン部材であるピストン及び接続ロッドと駆動側ボディであるシリンダー及びロッド受けとの摺動のためのクリアランスにより、作動中に微妙な傾き（傾動）が生じ、弁体の弁部の弁座に対する着座が垂直でなくなり、着座が均一でないために部分的に応力が集中し着座後のズリによりパーティクルの発生原因となるおそれがある。これは、ピストンのＯリング等のパッキン材の作動時の変形に起因するが、パッキンレス構造であっても摺動のためのクリアランスがある以上傾動は発生する。

【0006】

ピストン装置において、シリンダーを金属製とした場合には、温度に対して寸法変化が小さくまた加工精度が維持できるため、もともとクリアランスを小さくすることが可能である。ピストンリングを使用する方法もある。しかし、樹脂製バルブにあっては、シリンダーは温度に対する寸法変化が大きく、クリアランスを小さく作った場合、周囲温度や流体温度の影響を大きく受け、逆に動作不良を引き起こすおそれがある。また、装置に使用される樹脂は、シリンダー及びピストンの材質が機能を優先することから同材質とは限らず、この場合には線膨張係数も異なるためより温度影響を受けやすい。さらに、樹脂を成形しても金属製に比して高い精度は得ることは困難である。

【0007】

そこで、本発明者は、樹脂製ピストン装置のピストン部材の摺動面に突部を形成することにより、作動中の傾き（傾動、がたつき）防止の役割を当該突部に持たせることを見出した。この突部によりクリアランスの管理が格段と楽になることはいうまでもなく、仮に軽微な「締りばめ」となっても、樹脂製であり突部の摺動面積が小さく摩擦力が小さく、また樹脂はわずかだが弾性も持ち、ピストン装置の動作や寿命にはほとんど影響がない。これにより、従来問題となっていた、弁体の弁座への着座が垂直でなかったり、着座後のズリの発生に伴うパーティクル発生の危険も大きく減殺できる。

【0008】

すなわち、この発明は、この種合成樹脂弁における、ピストン部材と駆動側ボディとの摺動部のクリアランスに傾動が発生するおそれを極力防止し、弁体の着座を弁座に対して垂直に維持し、かつ繰り返し動作にも安定した着座とすることで、パーティクルの発生を最小限に抑えることができる摺動構造を提供するものである。この発明は、構成が簡単かつ単純で、弁装置の技術的、機能的要請に応じて設計変更が自在でしかも数値的な変更が容易で実際的であるパーティクルの発生抑止構造を提案するものである。また、あわせて、軽い力で安定的な作動ができ、耐久性の向上も目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上の課題を解決するために、請求項１の発明は、被制御流体の流入部及び流出部ならびに弁座を有する流路側ボディと、ピストン用筒状空間を有する駆動側ボディと、前記ピストン用筒状空間に配置されて前記弁座に対して弁体を進退させるピストン及びロッド部を有するピストン部材を備えた合成樹脂弁において、前記ピストン部材の駆動側ボディとの摺動面に傾動抑制のための複数の突部を設けたことを特徴とする合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【0010】

また、請求項２の発明は、前記突部が摺動方向にリブ状の突起である請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【0011】

請求項３の発明は、前記ピストン部材のピストン外周部に傾動抑制のための突部を３つ以上設けた請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【0012】

請求項４の発明は、前記ピストン部材のロッド部外周部に傾動抑制のための突部を２つ以上設けた請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【0013】

請求項５の発明は、前記ピストン部材のピストン外周部及びロッド部外周部のそれぞれに傾動抑制のための複数の突部を設けた請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【0014】

請求項６の発明は、前記突部の突出高さが０．０５～０．５ｍｍの範囲内である請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【0015】

請求項７の発明は、前記突部が前記ピストン部材と同一材料により一体に形成されている請求項１に記載の合成樹脂弁の摺動構造に係る。

【発明の効果】

【0016】

この発明によれば、被制御流体の流入部及び流出部ならびに弁座を有する流路側ボディと、ピストン用筒状空間を有する駆動側ボディと、前記ピストン用筒状空間に配置されて前記弁座に対して弁体を進退させるピストン及びロッド部を有するピストン部材を備えた合成樹脂弁において、前記ピストン部材の駆動側ボディとの摺動面に傾動抑制のための複数の突部を設けたことを特徴とするものであるから、この種合成樹脂弁における、ピストン部材と流路側ボディとの摺動部のクリアランスに傾き（傾動）の発生を極力防止し、弁体の着座を弁座に対して垂直に維持し、かつ繰り返し動作にも安定した着座とすることができる。これにより、弁体の弁部の弁座に対する着座が均一でなく部分的に応力が集中することに起因するパーティクルの発生を最小限に抑えることが可能となる。

【0017】

とりわけ、この発明によれば、ピストン及びロッド部を有するピストン部材の駆動側ボディとの摺動面に傾動抑制のための複数の突部を設けたものであるから、構成が簡単かつ単純で、弁装置の構造ならびにその技術的、機能的要請に応じて、突部の設計変更が自在でしかも数値的な変更が容易で実際的である。すなわち、合成樹脂弁を構成するピストン装置の形状、大きさならびにその機能、要求される精度（クリーン精度を含む）に応じて、突部の大きさ、形状、数、配置等の設計事項を自在にしかも数値的に変更することが容易に可能である。

【0018】

また、この発明によれば、弁体の着座を弁座に対して垂直にし、かつ繰り返し動作にも安定した着座とすることができるものであるから、ピストン装置を軽い力で安定的に作動することができ、耐久性の向上も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の一実施例を示すダイアフラム弁の概略を示す縦断面図である。

【図2】図１のピストン部材の横断面図である。

【図3】この発明の他の実施例を示すダイアフラム弁の概略を示す縦断面図である。

【図4】ピストン部材の一実施例における突部の実施形態を表す概略斜視図である。

【図5】他のピストン部材の実施例における突部の実施形態を表す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１に示す実施例は、半導体製造の分野で使用されるエア作動のダイアフラム弁であって、被制御流体の流入部１２ならびに流出部１３及び弁座１５を有する流路側ボディ１１と、ピストン用筒状空間２１を有する駆動側ボディ２０と、前記ピストン用筒状空間２１に配置されて前記弁座１５に対して弁体３５を進退させるピストン３１及びロッド部３２を有するピストン部材３０を備えた合成樹脂弁１０である。なお、この実施例のダイアフラム弁体３５は、薄膜フィルム状であって、図示のように、弁体中心部がピストン部材３０のロッド部材３２先端に固着され、弁体外周部が流路側ボディ１１に取り付けられて弁座１５を開閉する。図の符号２５、２６は制御エアの流出入口、２７はバネ、２９は呼吸穴、３１ｐ、３２ｐはシール用のＯリング（パッキン材）である。

【0021】

この発明は、前記合成樹脂弁１０において、前記ピストン部材３０の駆動側ボディ２０との摺動面に傾動抑制のための複数の突部５０（５１，５２）を設けたことを特徴とするものである。図１の実施例の合成樹脂弁１０においては、前記ピストン部材３０を構成するピストン３１の駆動側ボディ２０との摺動面３０aに傾動抑制のための複数の突部５０（５１、５１）が形成され、また、前記ピストン３１の弁体３５が取り付けられた接続ロッド３２の駆動側ボディ２０との摺動面３０ｂにも傾動抑制のための複数の突部５０（５２、５２）が形成されている。

【0022】

この発明においては、突部５０は、前記ピストン部材３０と駆動側ボディ２０との摺動面に傾動抑制のために形成されるもので、この目的達成のために、図１に図示の実施例のようにピストン部材３０がピストン３１と接続ロッド３２からなる構造にあっては、
（ａ）ピストン部材３０のピストン３１と接続ロッド３２の両方に形成される場合（図１）、
（ｂ）ピストン部材３０のピストン３１のみに形成される場合、
（ｃ）ピストン部材３０の接続ロッド３２のみに形成される場合がある。

【0023】

これに対し、後述しかつ図３（及び図５）で図示するように、ピストン３１後部にも駆動側ボディ２０との摺動面３０ｃを有する後側ロッド３３を備えた構造のピストン部材３０Ａにあっては、突部５０は、
（ｄ）ピストン部材３０Ａのピスト３１ンと接続ロッド３２及び後側ロッド３３のすべてに形成される場合（図３）、
（ｅ）ピストン部材３０Ａのピストン３１のみに形成される場合、
（ｆ）ピストン部材３０Ａの後側ロッド３３のみに形成される場合があり、
（ｇ）ピストン部材３０Ａの接続ロッド３２のみに形成される場合があり、
（ｈ）ピストン部材３０Ａのピストン３１と後側ロッド３３に形成される場合があり、
（ｉ）ピストン部材３０Ａのピストン３１と接続ロッド３２に形成される場合がある。

【0024】

図２は、図１のピストン部材３０のピストン３１の横断面図である。この例では、駆動側ボディ２０のピストン用筒状空間２１に嵌挿されたピストン３１の外周の駆動側ボディ２０との摺動面３０ａに傾動抑制のための複数の突部５０、ここでは８個の突部５１，５１，５１…が設けられている。

【0025】

また、図１のピストン部材３０の接続ロッド３２の外周の駆動側ボディ２０との摺動面３０ｂにも傾動抑制のための複数の突部５０、ここでは４個の突部５２，５２，５２…が設けられている。

【0026】

図３の実施例のダイアフラム弁１０Ａは、前記のように、ピストン部材３０Ａがピストン３１の後部にも駆動側ボディ２０との摺動面３０ｃを有する後側ロッド３３を備えたものである。図１のダイアフラム弁１０と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明を省略する。この実施例のダイアフラム弁１０Ａでは、ピストン部材３０Ａのピストン３１のボディ摺動面３０ａには突起状の突部５１が８個、接続ロッド３２のボディ摺動面３０ｂにはリブ状の突部５２が６個、及び後側ロッド３３のボディ摺動面３０ｃには長リブ状の突部５３が４個それぞれ突設されている。

【0027】

図４及び図５は、図１及び図３の実施例で示したピストン部材３０及び３０Ａの突部５０を解りやすく説明した概略図である。突部５０の形成のバリエーションについては前記（ａ）から（ｉ）で述べた通りである。なお図４及び図５ではピストン部材のＯリング等のパッキン材は図示されていないが、先にも述べたように、本発明の突部構成は、パッキンレスのピストン装置にも適用可能なものであるから図示を省略した。

【0028】

上述のように、この発明は、ピストン及びロッド部を有するピストン部材の駆動側ボディとの摺動面に傾動抑制のための複数の突部を設けたものであるから、その目的達成のために、弁装置の構造ならびにその機能的要請に応じて、突部の設計変更が自在でしかも数値的な変更が容易で実際的である。また前記したように、合成樹脂弁を構成するピストン装置の形状、大きさならびにその機能、要求される精度（クリーン精度を含む）に応じて、突部の大きさ、形状、数、配置等の設計事項を自在にしかも数値的に変更することが容易である。なお、図１の実施例のダイアフラム弁１０にあっては、シリンダ径が１５．０ｍｍ、ピストン径が１４．８５ｍｍであるが、突部の具体的構成は以下のとおりである。

【0029】

ピストン部材の駆動側ボディとの摺動面に設けられる突部の形状は、断面山状ないし台形状等でどのようなものでもよいが、傾動の抑制を考慮すると、摺動方向にリブ状の突起が好ましい。突部の幅と長さの比率は、突起の場合１対１で、リブの場合はおおむね１対２～４である。

【0030】

また、本発明の突部は、実施例では、前記ピストン部材のピストン外周部に突部が８個設けられている。傾動抑制のためには３つ以上設けることが好ましい。

【0031】

また、実施例では、前記ピストン部材のロッド部外周部に傾動抑制のための突部が４（個以上設けられている。傾動抑制のためには３つ以上設けることが好ましい。

【0032】

さらに、本発明の突部は、傾動抑制のためには０．０５～０．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。実施例の突部５０はその突出高さが０．１ｍｍである

【0033】

この発明の突部は、ピストン部材の成形時に同一材料により射出成形等で一体に形成することができる。例えばＰＴＦＥ又はＰＦＡはピストン部材の材料として好ましく用いられ、また弁体の材料としても使用される。

【0034】

なお、突部の形成にあっては、断面Ｃ形のリングに突部を形成し、ピストン部材のピストン外周部又はロッド部にＯリング溝形状に形成した溝に装着して摺動用突部としてもよい。

【0035】

上述したように、この発明は、この種合成樹脂弁における、ピストン部材と駆動側ボディとの摺動部のクリアランスにより傾動が発生するおそれを極力防止し、弁体の着座を弁座に対して垂直に維持し、かつ繰り返し動作にも安定した着座とすることで、パーティクルの発生を最小限に抑えることができるもので、特に、構成が簡単かつ単純で、弁装置の技術的、機能的要請に応じて設計変更が自在でしかも数値的な変更が容易で実際的であって、半導体製造分野で使用される、ダイアフラム弁等の構造に適している。

【符号の説明】

【0036】

１０ 合成樹脂弁
１１ 流路側ボディ
１２ 流入部
１３ 流出部
１５ 弁座
２０ 駆動側ボディ
２１ ピストン用筒状空間
２５，２６ 作動エア流出入口
２７ バネ
２９ 呼吸穴
３０、３０Ａ ピストン部材
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 摺動面
３１ ピストン
３２ 連結ロッド部
３３ 後側ロッド部
３５ ダイアフラム弁体
５０，５１，５２，５３ 突部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】