(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-16
(45)【発行日】2022-11-25
(54)【発明の名称】バルブ装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
F16K 1/42 20060101AFI20221117BHJP
F16K 7/17 20060101ALN20221117BHJP
【FI】
F16K1/42 B
F16K7/17 C
(21)【出願番号】P 2019562917
(86)(22)【出願日】2018-12-06
(86)【国際出願番号】 JP2018044853
(87)【国際公開番号】W WO2019131038
(87)【国際公開日】2019-07-04
【審査請求日】2021-11-10
(31)【優先権主張番号】P 2017255272
(32)【優先日】2017-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390033857
【氏名又は名称】株式会社フジキン
(74)【代理人】
【識別番号】110002893
【氏名又は名称】弁理士法人KEN知財総合事務所
(72)【発明者】
【氏名】丹野 竜太郎
(72)【発明者】
【氏名】松田 隆博
(72)【発明者】
【氏名】篠原 努
【審査官】篠原 将之
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-092861(JP,A)
【文献】特開平09-217841(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0059052(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16K 1/42
F16K 7/17
F16K 27/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流路を画定し、当該流路の開口の周囲に形成された環状の支持面及び当該支持面から突出して形成された環状の係止凸部を備える金属製のバルブボディと、
前記バルブボディに支持された弁体が当接離隔する環状のシート面、当該シート面とは反対側に配置された前記バルブボディの支持面に支持される環状の被支持面、前記バルブボディの流路と連通する流路を画定する内周面及び前記被支持面に形成された環状の係止凹部とを備える環状に形成された樹脂製のバルブシートと、を有し、
前記バルブシートの内周面と前記バルブボディの流路の内周面とは面一であり、
前記バルブシートは、前記係止凹部が前記バルブボディの係止凸部に係合して前記バルブボディの支持面に固定され、当該バルブシートの弾性復元力により、前記バルブボディの支持面と前記バルブシートの被支持面とが密着して
おり、
前記係止凸部は、前記支持面と対向する環状の対向面を有し、
前記バルブシートの一部は、前記支持面と前記対向面との間に介在して弾性復元力により前記支持面および対向面に密着する、バルブ装置。
【請求項2】
前記対向面は、前記シート面の垂線方向から見ると前記支持面の一部と重なっている、請求項1に記載のバルブ装置。
【請求項3】
前記バルブシートは、前記バルブシートを圧入するための平坦面を有する、請求項1または2に記載のバルブ装置。
【請求項4】
前記被支持面の内周縁部が前記支持面内に位置するように、前記バルブシートの内周面の当該被支持面側の端部は、前記内周面に対して外周側に向けて傾斜する傾斜面となっている、請求項1~3のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項5】
前記バルブシートは、フッ素樹脂で形成されたものである、請求項1~4のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項6】
流路を画定し、当該流路の開口の周囲に形成された環状の支持面と、当該支持面から突出して形成された環状の係止凸部とを備える金属製のバルブボディと、
前記バルブボディに支持された弁体が当接離隔する環状のシート面と、前記バルブボディの支持面に支持される環状の被支持面と、前記被支持面に形成された環状の係止凹部とを備える環状に形成された樹脂製のバルブシートと、を用意し、
前記バルブシートの内周面と前記バルブボディの流路の内周面とは面一であり、
前記係止凸部は、前記支持面と対向する環状の対向面を有し、
前記係止凹部に前記係止凸部を係合させて前記支持面に前記バルブシートを固定し、当該バルブシートの弾性復元力により前記支持面と前記被支持面とを密着させ
、前記バルブシートの一部を、前記支持面と前記対向面との間に介在させて弾性復元力により前記支持面および対向面に密着させる、バルブ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バルブ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造プロセス等の各種製造プロセスにおいて、各種の処理ガスの流れを制御するための流体制御機器の一つとして、ダイヤフラムバルブが知られている。ダイヤフラムバルブは、バルブボディのシート装着溝にバルブシートを装着し、ダイヤフラムをこのバルブシートに対して当接離隔可能にバルブボディに設けることで、流路を開閉可能とする(たとえば、特許文献1-3等参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平06-265035号公報
【文献】特開平07-004542号公報
【文献】実開昭61-206171号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の特許文献1,2では、シート装着溝の対向する2つの側壁の一方に設けられたバルブボディの一部であるかしめ部を塑性変形させてバルブシートをバルブボディに固定している。
しかしながら、このような組立方法では、バルブボディの一部を変形させる必要があるため、工数が多く、組立の自動化も困難であった。
上記した特許文献3では、弁座取付用板の内周壁に形成した切欠凹部4の内面壁6に凸部9を突設するとともに弁座シート12の外周に凸部9と嵌合する凹溝14を形成し、弁座シート12を切欠凹部4に嵌合させる構造を開示している。しかしこの構造では、弁座シートの装着工程は容易となるが、弁座シート12と弁座取付用板との間の確実で安定的なシール性能を得ることが難しい。
【0005】
本発明の目的一つは、製造工数を削減可能でシール性能も優れた樹脂製のバルブシートを備えるバルブ装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係るバルブ装置は、流路を画定し、当該流路の開口の周囲に形成された環状の支持面及び当該支持面から突出して形成された環状の係止凸部を備える金属製のバルブボディと、
前記バルブボディに支持された弁体が当接離隔する環状のシート面、当該シート面とは反対側に配置された前記バルブボディの支持面に支持される環状の被支持面、前記バルブボディの流路と連通する流路を画定する内周面及び前記被支持面に形成された環状の係止凹部とを備える環状に形成された樹脂製のバルブシートと、を有し、
前記バルブシートは、前記係止凹部が前記バルブボディの係止凸部に係合して前記バルブボディの支持面に固定され、当該バルブシートの弾性復元力により、前記バルブボディの支持面と前記バルブシートの被支持面とが密着している。
【0007】
好適には、前記係止凸部は、前記支持面と対向する環状の対向面を有し、
前記バルブシートの一部は、前記支持面と前記対向面との間に介在して弾性復元力により前記支持面および対向面に密着する、構成を採用できる。
また、前記バルブシートは、前記バルブシートを圧入するための平坦面を有する、構成を採用することも可能である。さらに、前記被支持面の内周縁部が前記支持面内に位置するように、前記バルブシートの内周面の当該被支持面側の端部は、前記内周面に対して外周側に向けて傾斜する傾斜面となっている、構成を採用することも可能である。
好適には、前記バルブシートは、PFAまたはPTFEで形成されたものである。
【0008】
本発明のバルブ装置の製造方法は、流路を画定し、当該流路の開口の周囲に形成された環状の支持面と、当該支持面から突出して形成された環状の係止凸部とを備える金属製のバルブボディと、
前記バルブボディに支持された弁体が当接離隔する環状のシート面と、前記バルブボディの支持面に支持される環状の被支持面と、前記被支持面に形成された環状の係止凹部とを備える環状に形成された樹脂製のバルブシートと、を用意し、
前記係止凹部に前記係止凸部を係合させて前記支持面に前記バルブシートを固定し、当該バルブシートの弾性復元力により前記支持面と前記被支持面とを密着させる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、樹脂製のバルブシートを備えるバルブ装置の製造工数を削減でき、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の一実施形態に係るバルブ装置の断面を含む正面図。
【
図2A】
図1のバルブ装置の閉鎖状態を示す要部拡大断面図。
【
図2B】
図1のバルブ装置の開状態を示す要部拡大断面図。
【
図3】本発明の一実施形態に係るバルブボディの係止凸部周辺の拡大断面図。
【
図4】本発明の一実施形態に係るバルブシートの断面図。
【
図6】圧入後のバルブボディとバルブシートの間に作用する弾性復元力を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同じ符号を使用することにより重複した説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係るバルブ装置1の構成を示す図である。なお、図中において、矢印A1,A2は上下方向を示しており、A1が上方向、A2が下方向を示している。
バルブ装置1は、アクチュエータ10と、弁体としてのダイヤフラム35と、バルブボディ40と、バルブボディ40に固定されたバルブシート70とを有する。
【0012】
アクチュエータ10は、その下端部から突出するアクチュエータロッド11を有する。アクチュエータロッド11は、上下方向A1,A2に移動可能にアクチュエータ10に支持されている。アクチュエータ10は、ボンネットナット15と連結されている。このボンネットナット15の円筒部15aの外周側に形成されたねじ部がバルブボディ40の円筒状部47の内周側に形成されたねじ部に螺合することで、アクチュエータ10がバルブボディ40に接続されている。
【0013】
ボンネット16は、円筒状に形成され、内周側にコイルばね20および押えホルダ31を収容し、ボンネットナット15の円筒部15aの下端部により下方向A2に向けて押圧されている。押えアダプタ32は、環状に形成され、ダイヤフラム35の外周部上に配置され、ボンネット16の下端部により、バルブボディ40に向けて押圧されている。これにより、ダイヤフラム35は、バルブボディ40に固定される。ダイヤフラム35は、弁体として機能し、バルブシート70よりも大きな直径を有し、ステンレス、NiCo系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。ダイヤフラム35は、バルブシート70に対して当接離隔可能にバルブボディ40に支持されている。
コイルばね20は、押えホルダ31を介してダイヤフラム押え30を下方向A2に常時付勢している。
アクチュエータロッド11は、先端部に形成されたねじ部が押えホルダ31の円筒部31aの内周のねじ部に螺合することで押えホルダ31に連結されている。
アクチュエータ10は、空圧駆動源、モータ駆動源などの駆動源を内蔵しており、バルブ開時には、コイルばね20の付勢力に抗して、アクチュエータロッド11に連結された押えホルダ31を上方向A1に移動可能となっている。これにより、ダイヤフラム35は、ダイヤフラム押え30による押圧から解放され、球殻状に復元する。
【0014】
バルブボディ40は、金属製でブロック状に形成されており、流体が流通する流路41,42を画定しており、その底面に開口部41a,42aを有する。流路41,42は他の流路部材と図示しないシール部材を介して接続される。
バルブシート70は、バルブボディ40に固定されているが、バルブシート70の詳細構造およびバルブボディ40のバルブシート70が固定される領域の詳細構造は後述する。
【0015】
図2Aおよび
図2Bに、バルブ装置1のバルブシート70周辺の拡大断面図を示す。
図2Aはダイヤフラム35がバルブシート70に押し付けられたバルブ閉状態を示し、
図2Bは、ダイヤフラム35がバルブシート70から離間したバルブ開状態を示す。
ダイヤフラム押え30がコイルばね20の復元力により下方向A2に向けて押圧されると、ダイヤフラム35が弾性変形してバルブシート70のシート面71に接触し、流路41を閉鎖する。
上記したアクチュエータ10を駆動してコイルばね20の復元力に抗してダイヤフラム押え30を上方向A1に移動させると、ダイヤフラム35がバルブシート70から離間し、流路41と流路42とがダイヤフラム35とシート面71との間の間隙を通じて連通し、バルブ開状態となる。
【0016】
図3は、バルブボディ40のバルブシート70が固定される領域の拡大断面図である。
バルブボディ40は、ステンレス合金等の金属で形成され、流路41の開口41bの周囲に平坦面からなる環状の支持面43を備える。この支持面43から環状の係止凸部45が突出して形成されている。
図3から分かるように、係止凸部45は、先端部に支持面43に平行な平坦面からなる先端面45tを備え、先端面45tから内周側に向けて傾斜する傾斜面45a1と外周側に向けて傾斜する傾斜面45a2を備える。さらに、係止凸部45は、傾斜面45a1の下端部において支持面43と対向する対向面45f1を備え、同様に、傾斜面45a2の下端部において支持面43と対向する対向面45f2を備える。支持面43と対向面45f1および対向面45f2は、略平行に配置されているが、これに限定されるわけではない。
【0017】
図4にバルブシート70の構造を示す。
バルブシート70は、PFA、PTFE等の樹脂で環状に形成されている。
このバルブシート70は、上端面側に、バルブボディ40に支持されたダイヤフラム35が当接離隔する環状のシート面71と、シート面71とは反対側の下端面側に配置されたバルブボディ40の支持面43に支持される環状の被支持面72と、バルブボディ40の流路41と連通する流路を画定する内周面73と、被支持面72に形成された環状の係止凹部74とを備える。さらに、バルブシート70は、後述する圧入のための環状の平坦面75をシート面71の外周側に備える。平坦面75がシート面71の外周側にある場合は弁閉時の1次側の液溜まり箇所が減少することで、特に当該1次側の置換特性が向上する。
平坦面75はシート面71の内周側にあっても良い。平坦面75がシート面71の内周側にある場合は、弁閉時の2次側の液溜まり箇所が減少することで、特に当該2次側の置換特性が向上する。
平坦面75はシート面71の内周側と外周側のそれぞれにあっても良い。平坦面75がシート面71の内周側と外周側に存在することで、バルブシート70をバルブボディ40に圧入する際、より平行に圧入することが可能になる。その結果、圧入後のシート面71がダイヤフラム35の外周縁と平行になり、ダイヤフラム35がシート面71に当接する際、荷重が均一に加わることでシール性能が向上する。
【0018】
係止凹部74の断面形状は、バルブボディ40の係止凸部45の断面形状と略適合するように形成されているが、寸法については、後述する圧入に適した寸法に適宜設定することができる。
平坦面75は、被支持面72と略平行となるように形成されている。
内周面73は、バルブシート70がバルブボディ40に装着された際に、流路41の開口41b側の内壁面と略面一となるような内径を有する。
【0019】
次に、
図5を参照して、バルブシート70の係止凹部74をバルブボディ40の係止凸部45に係合させることによって取り付ける工程、より具体的には、バルブシート70をバルブボディ40に圧入する工程について説明する。
図5に示すように、図示しない保持機構を用いて、バルブシート70の係止凹部74の開口にバルボディ40の係止凸部45の先端面45tを位置合わせする。
そして、図示しない押圧治具を用いて、バルブシート70の平坦面75を均一な力Fでバルブボディ40に向けて押圧する。図示しない押圧治具は、平坦面75に全面的に接触する環状の押圧面を備えていてもよい。
【0020】
バルブシート70をバルブボディ40に向けて押圧すると、2つの傾斜面45a1,45a2が係止凸部45の係止凹部74への圧入を促す。
このようにして、係止凸部45を係止凹部74へ圧入すると、係止凸部45と係止凹部74とは
図6に示す状態となる。
図6に示すように、係止凸部45の対向面45f1と支持面43の間には、バルブシート70の一部70p1が圧入され、対向面45f2と支持面43の間には、バルブシート70の一部70p2が圧入される。なお、バルブシート70の一部70p1,70p2の圧入が十分でない場合には、一部70p1,70p2の各々を半径方向から追加的に押圧してもよいし、また、半径方向から押圧する工程を標準的に追加してもよい。
上記圧入する工程では、図示しない保持機構と押圧治具を用いてバルブシート70をバルブボディ40に圧入したが、保持機構を有する押圧治具を使用すれば一工程での圧入が可能となり、容易に自動化を実現できる。その場合、治具でバルブシート70の外周面と平坦面75を保持し、位置合わせ後、平坦面75に当接する部分に形成された押圧面で押圧し圧入する。
【0021】
図6から分かるように、対向面45f1,45f2と支持面43との間に圧入により介在しているバルブシート70の一部70p1,70p2は、弾性変形を受けることで、常時、弾性復元力FR1,FR2を対向面45f1,45f2と支持面43とに及ぼす。この力により、バルブシート70の被支持面72は支持面43に常時密着することになり、被支持面72と支持面43との間が確実にシールされる。
【0022】
本実施形態によれば、バルブボディ40の一部を塑性変形させることなく、バルブシート70をバルブボディ40の支持面43上に固定できる。しかも、被支持面72と支持面43との間には、バルブシート70の圧入により生じた弾性変形を復元しようとする弾性復元力が常に作用するので、被支持面72と支持面43との間が全面的に密着して確実なシールがなされる。バルブボディ40に塑性変形箇所が存在しないので、バルブ装置1のガス等に接する接ガス面が平滑に保たれる結果、置換特性、清浄度が向上する。すなわち、バルブボディ40を塑性変形させると、塑性変形させた領域周辺の接ガス面に凹凸が発生し、この凹凸面にゴミ等の汚染物質が残留しやすくなり、凹凸の一部が汚染物質の一部になり得る可能性もある。
【0023】
図7にバルブシートの変形例を示す。
図7に示すバルブシート70Bは、内周面73の被支持面72側の端部が、内周面73に対して外周側に向けて傾斜する傾斜面73tとなっている。
これにより、被支持面72の内周縁部72eがバルブボディ40の支持面43内に確実に収まる。内周縁部72eが支持面43内に確実に収まると、上記した弾性復元力により、内周縁部72eが支持面43に確実に押し当てられる。これにより、内周縁部72eと支持面43との間から流体が侵入するのを確実に防ぐことが可能となり、シール性能を高めることができる。
【0024】
上記実施形態では、いわゆるノーマリークローズタイプのバルブ装置を例示したが、これに限定されるわけではなく、ノーマリーオープンタイプのバルブ装置であっても本発明を適用可能である。
上記実施形態では、係止凸部と係止凹部を互いに略適合する断面形状としたが、これに限定されるわけではなく、異なる形状とすることも可能である。
上記実施形態では、シート面71は平面により形成されていたが、R面により形成されていてもよい。
【符号の説明】
【0025】
1 バルブ装置
10 アクチュエータ
11 アクチュエータロッド
15 ボンネットナット
15a 円筒部
16 ボンネット
20 コイルばね
30 ダイヤフラム押え
31 押えホルダ
31a 円筒部
32 押えアダプタ
35 ダイヤフラム(弁体)
40 バルブボディ
41,42 流路
41a,42a 開口部
41b 開口
43 支持面
45 係止凸部
45f1,45f2 対向面
70,70B バルブシート
70p1,70p2 一部
71 シート面
72 被支持面
72e 内周縁部
73 内周面
73t 傾斜面
74 係止凹部
75 平坦面