JPH05118447A - 流体制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メタルタッチ型のシート部を有する流体制御
器に於いて、シート部のシール性と耐久性を向上せしめ
ると共に、流体制御器に優れたガス置換性とクリーン性
を保持せしめる。 【構成】 弁体６と弁座７から成るシート部Ａを備えた
流体制御器に於いて、弁座７へ当座する弁体６を弁体基
部１１と、弁体基部１１の外表面を覆い前記弁座７へ接
当する金属薄膜製のカバー体９と、前記弁体基部１１と
カバー体９との間へ介設した弾性材製のクッション体１
０とから形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に半導体製造設備や
真空設備、医薬・食品製造設備等に於いて、利用される
流体制御器のシート部の改良に係り、耐久性とシール性
に優れ、しかも高いガス置換性とクリーン性とを備えた
流体制御器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、流体制御器のシート部は金属と
樹脂の組合せか、又は金属同士の組合せにより構成され
ている。前者の金属と樹脂の組合せに係るシート部はシ
ール性や耐久性に比較的優れているため、当該シート部
を備えた流体制御器は半導体製造設備や医薬・食品製造
設備等に於いて広く実用に供されている。しかし、この
種、金属と樹脂の組合せに係るシート部を備えた流体制
御器にも、未解決の問題が多く残されている。先ず、第
１の問題は、ガスの置換性の問題である。一般に、ガス
は一旦細い隙間内へ侵入すると、これを排除するのが著
しく困難となる。ところが、金属と樹脂の組合せに係る
シート部では、樹脂を金属に固定、例えばステムの先端
に樹脂を固定する必要があり、必然的に金属・樹脂間の
組合せ隙間が生ずることになる。その結果、前記隙間へ
侵入したガスの排除が困難となり、ガスの置換性が悪化
することになる。第２の問題は樹脂からのガス放出の問
題である。樹脂内には各種のガス成分が吸着されてお
り、これが真空度の上昇と共に順次放出されることにな
る。その結果、真空設備に於いては、前記ガス放出によ
って真空度の低下や真空引き時間の長期化を招くことに
なる。尚、前述の如き問題の解決策として、樹脂体積や
樹脂の表面積を減少させる方法及び樹脂材料を改良して
ガスの放出を少なくする方法等が提案されているが、未
だ根本的な解決には至っていない。

【０００３】一方、後者の金属同士の組合せによるシー
ト部は、前述のような組合せ隙間の問題やガス放出の問
題が少なく、基本的には最も望ましいシート部の構成で
ある。そのため、図９乃至図１１の如き各種のシート部
の構成が多く実用に供されている。しかし、図９の如き
所謂コニカル型のシート部Ａでは、弁体Ｂが弁座Ｃに対
して摺動をするため摺動面に焼き付きを生じたり、或い
は摺動によって微粒粉塵が発生すると云う問題がある。
また、図１０の平面型シート部Ａには弁体Ｂと弁座Ｃ間
のシール性が相対的に低いと云う問題がある。更に図１
１の突型シート部Ａには、弁体Ｂと弁座Ｃとの接当部に
圧壊や打痕、剥離等が生じ易く、耐久性に劣ると云う難
点がある。尚、金属同士の組合せに係るシート部Ａに於
いてそのシール性を高めるためには、シート面の加工精
度の上昇、軟質金属の使用、シール部の面圧の上昇等を
図る必要がある。シート面の加工コストの上昇や微粒粉
塵の発生、圧壊や変形の発生等で様々な制約があり、シ
ール性及び耐久性に優れ、しかも高いガス置換性とクリ
ーン性を有するシート部Ａを備えた流体制御器の開発が
待望されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本件発明は従前の制御
弁等に於ける上述の如き問題、すなわち（イ）金属・樹
脂組合せ型シート部を備えた流体制御器ではガス置換性
が悪く、ガス純度の低下を招き易いうえ、ガス放出によ
り真空度の低下等を招き易いこと、（ロ）金属同士の組
合せ型シート部を備えた流体制御器では、シール性及び
耐久性が低い上、微粒粉塵を生じ易いこと等の問題を解
決せんとするものであり、シール性、耐久性に優れ、し
かも高いガス置換性とクリーン性を有するメタルタッチ
型のシート部を備えた流体制御器を提供せんとするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本件請求項１に記載の発
明は、弁体６と弁座７から成るシート部Ａを備えた流体
制御器に於いて、弁座７へ当座する弁体６を弁体基部１
１と、弁体基部１１の外表面を覆い前記弁座７へ接当す
る金属薄膜製のカバー体９と、前記弁体基部１１とカバ
ー体９との間へ介設した弾性材製のクッション体１０と
から形成したことを発明の基本構成とするものである。

【０００６】また、本件請求項４に記載の発明は、弁体
６と弁座７から成るシート部Ａを備えた流体制御器に於
いて、弁体６が当座する弁座６を弁座基部１２と、弁座
基部１２の外表面を覆い前記弁体６が当接する金属薄膜
製のカバー体９と、前記弁座基部１２とカバー体９との
間へ介設した弾性材製のクッション体１０とより形成し
たことを発明の基本構成とするものである。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の流体制御器では、流体流路の
遮断時には、弁体６が弁座７側へ移動し、まずカバー体
９が弁座６へ当接する。更に、弁体６に面圧が加わるこ
とにより、カバー体９は弾力性を有するクッション体１
０を介して弁座７側へ押圧され、弁座７の外表面の形状
に沿って僅かに変形した状態で当座する。これにより、
流体通路が遮断される。また、弁体６に加わる面圧が開
放されることにより、僅かに弾性変形をしたカバー体９
及びクッション体１０は元の形状に復元すると共に、流
体通路が開放される。又、請求項２に記載の流体制御器
でも同様であり、弁体６が移動することにより、弁座側
のカバー体９及びクッション体１０が弁体６の外表面に
沿って僅かに弾性変形をし、流体通路が遮断される。

【０００８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の第１実施例に係る流体制御器を示
すものであり、図に於いて１は弁箱、２はボンネット、
３はボンネットナット、４はステム、５は駆動部、６は
弁体、７は弁座である。前記弁箱１には流体入口１ａ、
流体出口１ｂ、弁室１ｃ、流体通路１ｄが夫々形成され
ており、また弁室１ｃの底面には、弁座７が形成されて
いる。当該弁箱１の上方にはボンネット２が配設されて
おり、ボンネットナット３を締込むことによりボンネッ
ト２が弁箱１に固設されている。また、前記ボンネット
２の内方にはステム３が摺動自在に挿通されており、そ
の下端部には弁体６が形成されており、その上端部には
駆動部５のピストン５ａが夫々固設されている。前記駆
動部５はピストン５ａとシリンダ５ｂとから形成されて
おり、流体送入口５ｃ、５ｄから作動用流体８を圧送す
ることにより、ステム４が上・下動される。

【０００９】本件発明の要部であるシート部Ａは前記弁
体６と弁座７とから構成されており、更にその弁体６
は、ステム４の下端部に相当する弁体基部１１と、金属
薄膜製のカバー体９と、弁体基部１１とカバー体９の間
に配設したクッション体１０とから形成されている。即
ち、前記金属薄膜製カバー体９は、ステム４の下端部、
即ち円柱状の弁体基部１１が挿入される円筒状の窪部９
ａと、窪部９ａの上端部に設けられた鍔部９ｂとから一
体的に形成されており、本実施例に於いてはニッケル又
はニッケル合金製の薄膜をプレス加工するか、電着成形
することによりカバー体９が一体成形されている。ま
た、当該金属薄膜製のカバー体９は、その鍔部９ｂ外周
縁を弁箱１とボンネット２間へ気密に挾着すると共に、
窪部９ａ内へステム４の下端を挿入した状態で弁室１ｃ
内に配設されており、ボンネット２を締込むことによ
り、前記カバー体９を介して弁室１ｃの気密性が保持さ
れている。尚、本実施例ではシート部Ａとダイヤフラム
を一体化した構造のカバー体９としているが、カバー体
９の形態が如何なるものであってもよいことは勿論であ
る。

【００１０】一方、前記クッション体１０は適当な弾力
性と柔軟性を保持する材料、例えばゴム、合成樹脂、コ
イルスプリング等から形成されており、本実施例では、
フッ素ゴムを用いて予かじめ前記窪部９ａの底部へ挿着
可能なディスク体状に成形したクッション体１０を、カ
バー体９と弁体基部１１の間へ挿入するようにしてい
る。尚、本実施例では前述の如く予かじめ成形加工した
クッション体１０を使用しているが、弾性を有する樹脂
等をカバー体の窪部９ａ内へ直接流し込むか若しくは充
填するようにしても良い。また、本実施例では前記シー
ト部Ａをピストン駆動構造の制御弁へ適用しているが、
当該シート部Ａを適用する流体制御器が如何なる構造、
例えばリリーフ弁やチェッキ弁、減圧弁、であってもよ
いことは勿論である。

【００１１】図２は本件発明の第２実施例に係る流体制
御器のシート部Ａを示すものである。当該第２実施例で
は、弁体６がステム４の下端に形成した弁体基部１１
と、弁体基部１１を覆う皿形状の金属薄膜製のカバー体
９と、弁体基部１１とカバー体９間に介挿したコイルス
プリング製のリング状のクッション体１０とから形成さ
れている。また、前記弁体基部１１とカバー体９には、
前記リング状のクッション体１０を挿着するための断面
形状が半円形のガイド溝１１ａ及びガイド溝９ｃが夫々
形成されている。更に、前記皿形状のカバー体９の上端
周縁は弁体基部１１の外周面へ溶接されている。

【００１２】図３は本発明で用いるシール部Ａの第３実
施例を示すものである。本実施例では、コイルスプリン
グ製のリング状のクッション体１０が平面状の弁体基部
１１とガイド溝９ｃを有するカバー体９の間に介挿され
ている。

【００１３】図４は本発明で用いるシール部Ａの第４実
施例を示すものである。本実施例では、断面視に於いて
球面状の接触部９ｄを有する皿形状のカバー体９がステ
ム４下端の弁体基部１１へ嵌合され、その上端周縁がス
テム４の外周面へ溶接されている。また、クッション体
１０として弁体基部１１とカバー体９との間にゴム等が
充填されている。

【００１４】図５は、本発明で使用するシール部Ａの第
５実施例を示すものである。本実施例では、中央に流体
通路１１ｃを有する弁体基部１１の下端部にＵ字形の断
面形状を有するリング状のカバー体９が嵌合され、その
内・外壁の上端周縁が夫々弁体基部１１の外周面へ溶接
されている。

【００１５】図６、図７及び図８は、本件発明で用いる
シール部Ａの第６実施例、第７実施例及び第８実施例を
示すものであり、弁座７側に金属薄膜製カバー体９とク
ッション体１０を夫々設けたものである。即ち、図６の
第６実施例に於いては、弁座７が弁室１ｃの底面の一部
から成る弁座基部１２と、流体通路１ｄを囲繞して弁座
基部１２上に設けたコイルスプリング製のリング状のク
ッション体１０と、クッション体１０を覆うリング状の
金属薄膜製のカバー体９とから形成されており、カバー
体９の内・外壁の端部は夫々弁座基部１２へ溶接されて
いる。また、図７の第７実施例に於いては、弁座基部１
２及びカバー体９に夫々リング状のガイド溝１２ａ及び
ガイド溝９ｃが形成されており、両ガイド溝１２ａ、９
ｃ内へコイルスプリング製のリング状のクッション体１
０が挿着されている。更に、図８の第８実施例に於いて
は、弁座基部１２とカバー体９との間にゴム等の充填材
がクッション体１０として充填されており、且つ弁体基
部１１の方には断面形状がほぼ半球状の接触部１１ｂを
形成したものである。

【００１６】尚、前記各実施例に於いては、金属薄膜製
のカバー体９の端部周縁を弁体基部１１または弁座基部
１２へ夫々溶接するようにしているが、溶接以外の方法
例えば接着や圧接、かしめ等によって気密にカバー体９
を固設することも可能である。また、弁体基部１１、弁
座基部１２、カバー体９及びクッション体１０等の形態
は、カバー体９がクッション体１０により弾性的に弁座
基部１２若しくは弁体基部１１へ接当して流体通路が開
・閉されるものであれば、前記各実施例に示した以外の
如何なる形態であってもよい。

【００１７】次に、本発明に係る流体制御器の作動を弁
体６側にカバー体９及びクッション体１０を設けた場合
について説明する。駆動部５によってステム４が作動さ
れ、弁体６が下降すると、先ず金属薄膜製カバー体９が
弁座７へ当接する。次に、引き続きステム４が僅かな距
離だけ下降されることにより、カバー体９は弾力性を有
するクッション体１０を介して弁座７上へ押圧され、カ
バー９の外表面は弁座７の外表面の形状に沿って僅かに
変形した状態で当座する。これにより流体通路が密閉さ
れる。この時、カバー体９は金属の薄膜により形成され
ているため、弁座７の外表面へ無理なく接当し、所謂馴
染みのよい高い密着性が得られる。又、カバー体９はク
ッション体１０を介して弾性的に弁座７へ接当し、比較
的大きな面圧が加わった場合でも弁座７やカバー体９の
外表面に打痕等の傷が付かないうえ、摩擦による微粒粉
塵の発生も皆無となる。弁体６を引き上げることによ
り、先ず面圧の印加により若干弾性変形されていたカバ
ー体９と内部のクッション体１０が夫々当初の形状に復
元する。引き続き弁体６を引き上げることにより、カバ
ー体９が弁座基部１２から離れ、流体通路が開放され
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明に於いては、流体制御器のシート
部Ａを形成する弁体６若しくは弁座７を、弁体基部１１
若しくは弁座基部１２と、弁体基部１１若しくは弁座基
部１２の外表面を覆う金属薄膜製のカバー体９と、弁体
基部１１若しくは弁座基部１２とカバー体９との間へ介
設した弾性材製のクッション体１０とより形成する構成
としているため、次の様な秀れた効用が奏される。 （１） 金属薄膜製のカバー体としているため、接触部
の馴染みが良く、適度のシート面圧を加えることによ
り、高いシール性を確保することが出来ると共に、クッ
ション体の弾性力により、面圧を取り除けばカバー体は
元の形態に容易に復元し、シール性が阻害されることは
全く無い。 （２） 金属薄膜製のカバー体が弾性をもってリフトに
弁座面（若しくは弁体側）へ接当するため、弁座面等に
傷が付き難く、シート部の耐久性が著しく向上すると共
に、摩擦による微粒粉塵の発生も殆ど無く、クリーン性
が著しく向上する。 （３） 金属薄膜製のカバー体によってクッション体が
ゴム等の場合でも内部ガスの放出が完全に遮断され、真
空装置へ適用した場合でもガス放出による真空度の低下
は全く起こらない。 （４） 金属薄膜製のカバー体によって弁体基部１１若
しくは弁座基部１２が完全に覆われているため、従前の
樹脂・金属の組合せに係るシート部Ａのように組合せ隙
間が生ずることは全く無く、所謂ガス置換性が著しく向
上すると共に、流体の種類とは関係なしにクッション体
の材質を選定することが出来る。 （５） 金属薄膜は比較的表面処理や成形加工が容易で
あり、その結果安価に高精度なシート部Ａを形成するこ
とが出来ると共に、高温にも容易に耐えることが出来
る。 （６） カバー体の形状が比較的簡単なため、加工性の
点から使用する金属薄膜の材質に制約を受けることは殆
ど無く、流体の種類に応じて適宜に金属薄膜の材質を選
定することが出来る。 （７） 比較的低い面圧で高いシール性が得られるた
め、流体制御器の駆動系の大幅な小形化が可能となる。 本件発明は上述のとおり、秀れた実用的効用を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る流体制御器の縦断面
図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図４】本発明の第４実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図５】本発明の第５実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図６】本発明の第６実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図７】本発明の第７実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図８】本発明の第８実施例に係る流体制御器のシート
部Ａを示す断面図である。

【図９】従前の金属同士の組合せに係るシート部の説明
図である。

【図１０】従前の金属同士の組合せに係る他のシート部
の説明図である。

【図１１】従前の金属同士の組合せに係る更に他のシー
ト部の説明図である。

【符号の説明】

Ａはシート部、１は弁箱、２はボンネット、３はボンネ
ットナット、４はステム、５は駆動部、６は弁体、７は
弁座、８は作動用流体、９は金属薄膜製のカバー体、１
０はクッション体、１１は弁体基部、１２は弁座基部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体（６）と弁座（７）から成るシート
   部（Ａ）を備えた流体制御器に於いて、弁座（７）へ当
   座する弁体（６）を弁体基部（１１）と、弁体基部（１
   １）の外表面を覆い前記弁座（７）へ接当する金属薄膜
   製のカバー体（９）と、前記弁体基部（１１）とカバー
   体（９）との間へ介設した弾性材製のクッション体（１
   ０）とより形成したことを特徴とする流体制御器。
2. 【請求項２】 カバー体（９）を金属薄膜より成る皿状
   体とすると共に、クッション体（１０）をゴム製のディ
   スク状体とした請求項１に記載の流体制御器。
3. 【請求項３】 クッション体（１０）をコイルスプリン
   グより成るリング状体とした請求項１に記載の流体制御
   器。
4. 【請求項４】 弁体（６）と弁座（７）から成るシート
   部（Ａ）を備えた流体制御器に於いて、弁体（６）が当
   座する弁座（６）を弁座基部（１２）と、弁座基部（１
   ２）の外表面を覆い前記弁体６が接当する金属薄膜製の
   カバー体（９）と、前記弁座基部（１２）とカバー体
   （９）との間へ介設した弾性材製のクッション体（１
   ０）とより形成したことを特徴とする流体制御器。
5. 【請求項５】 カバー体（９）をニッケル又はニッケル
   合金の薄膜より形成すると共に、クッション体（１０）
   をフッ素ゴム製のクッション体とした請求項４に記載の
   流体制御器。
6. 【請求項６】 クッション体（１０）をコイルスプリン
   グより成るリング状体とした請求項４に記載の流体制御
   器。