(57)【要約】【課題】カジリ現象によるネジ部の損傷を抑制した高圧ガス容器弁１０を提供すること。【解決手段】高圧ガス容器弁１０の容器弁本体１１の上部側にシリンダ部１２を形成し、このシリンダ部１２にプラグ１３を螺合して設ける。そして、容器弁本体１１の下部側に例えば塩化水素等の通流するガス流路１９を形成し、このガス流路１９は前記プラグ１３を回動することによって開閉される。以上のように構成された高圧ガス容器弁１０において、高圧ガス容器２０と螺合して接触する雄ネジ部３０をアルミナイジング処理した後、酸処理する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも高圧ガス容器と螺合するネジ部分の表面部がアルミナイジング処理された後、酸処理されていることを特徴とする高圧ガス容器弁。
【請求項２】
前記ネジ部分はステンレス鋼により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス容器弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガス容器に装着される高圧ガス容器弁に関し、特に容器弁のカジリ現象を抑制させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の高圧ガス容器弁１０の一例であり、この高圧ガス容器弁１０は高圧ガス容器２０の開口部２１に装着されている。前記高圧ガス容器弁１０は、容器弁本体１１とこの容器弁本体１１の上部側に形成されたシリンダ部１２内に螺合して設けられたプラグ１３とこのプラグ１３の上端部にスピンドル１４を介して取り付けられたハンドル１５とを備えている。前記プラグ１３の下端部には三フッ化塩化エチレン樹脂よりなるシートディスク１６が設けられている。前記容器弁本体１１の側面側には、高圧ガス容器２０内のガスを取り出すためのガス取り出し口１７が形成されており、このガス取り出し口１７にはアウトレットキャップ１８が配設されている。
【０００３】
また、容器弁本体１１の下部側には、Ｌ字状のガス流路１９が形成されており、ガス流路１９の一端は高圧ガス容器２０内に接続し、他端は容器弁本体１０の側面より外部へ接続している。そして、ハンドル１５を介してプラグ１３を回動させて、上下動させることでガス流路１９の開閉を行うことが可能である。即ち、高圧ガス容器２０内のガスを使用する際には、前記プラグ１３を上昇させてガス流路１９を開状態とし、ガスはガス流路１９を通過してガス取り出し口１７から取り出されることになる。また、高圧ガス容器２０内のガスの使用を停止する際には、前記プラグ１３を下降させてガス流路１９を閉状態とする。また容器弁本体１１の下部は、図１では便宜上示していないが図２に示すようにネジが切られており、雄ネジ部３０として形成される。
【０００４】
前記高圧ガス容器２０は、例えばクロムモリブデン鋼（鉄にクロムとモリブデンを添加した合金鋼で、耐久性と反発性を向上させたもの）を用いて作製されている。一方、前記高圧ガス容器弁１０は、亜鉛と銅を混ぜた合金である真鍮を用いて作製されるのが一般的であるが、半導体製造装置等で使用される高純度ガスの場合には半導体ウエハに対する汚染を極力抑えるために、大きな耐食性が要求されることから、炭素以外のＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等を加えた鋼であるステンレス鋼を用いて作製される。特に無水塩化水素ガスを用いる場合には、アウトレットキャップ１８を取り外したときに外部から水分が容器弁１０内に浸入し、この状態で無水塩化水素ガスが存在していると塩酸が発生して大きな腐食作用が働くことになる。
【０００５】
ところでネジ部分の接触圧が高いとカジリといわれる現象が起こる場合がある。このカジリとは、金属同士が接触して凝着する現象のことである。ここで、ステンレス鋼製の容器弁１０は、真鍮製の容器弁１０に比較して摩擦係数が高いため、図２（ａ）に示す容器弁本体１１の下部に形成される雄ネジ部３０と高圧ガス容器２０に形成される雌ネジ部２２とのかみ合い面での摺動抵抗（接触圧）が大きくなる。またステンレス鋼は熱伝導率が低いので、熱が発散されにくく局部的に高温になりやすく、熱膨張が大きいことも加わってネジの噛み合い面の接触圧が高くなりやすい。
【０００６】
そして、図２（ｂ）に示すように雄ネジ部３０は、下方へ向かうにしたがって傾斜しており、これと螺合できるように雌ネジ部２２も同様に傾斜しているが、これらが螺合する時に傾斜角の角度の誤差から接触圧がより高くなる。また、雄ネジ部３０の先端一周部分を面取りしている容器弁１０も（螺線の高さが先端から他端に向かうにつれて徐々に大きくなる構成）多く出回っているが、出回っている容器弁１０の半数にはカジリが見られる。従ってトルク値を大きくできない。
【０００７】
一方、容器弁１０を容器弁本体１１に取り付けるトルク値は、ユーザ側のガス漏れのクレームに対応するため増大する傾向にあることから、ステンレス鋼製の容器弁１０は雄ネジ部３０及び雌ネジ部２２の酸化皮膜が破壊されて、金属の新鮮面が露出することによるカジリ現象が発生しやすい。特に毒性の強いガスについてはトルク値を上げてガス漏れに対応してきたが、そのためクレームは減少したがカジリという問題が起こった。
【０００８】
そこで、カジリ現象を抑制するために、容器弁１０の雄ネジ部３０に図示しない例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等を用いたシールテープを巻きつけることによって、このシールテープを介して容器弁１０と高圧ガス容器２０とが間接的に接触するために、カジリ現象を抑制することができる。しかし、容器弁１０と高圧ガス容器２０との接合時に、シールテープの一部が破損して高圧ガス容器２０内部に脱落する可能性があることから、前記容器弁１０の雄ネジ部３０の先端である１山にはシールテープを巻いていない。このため、容器弁１０の雄ネジ部３０の先端部位は損傷を受ける可能性が高い。
【０００９】
また、本発明者は、雄ネジ部３０の表面を硬化させてカジリを防ぐために、窒化処理を行うことも検討したが、容器本体の母材がステンレスの場合、ステンレスの有用な成分であるクロムを偏析させてしまい、耐食性が著しく落ちてしまう。従って塩化水素のような腐食性ガスを高圧ガス容器２０に貯留するような場合には使用できない。
【００１０】
特許文献１では雄ネジ部の先端３山目までを雌ネジ部のネジ山と接触する標準ネジ山部とし、雄ネジ部におけるそれ以外のネジ山を標準ネジ山より若干小径として、小径な部分のネジ山における雌ネジ部との摩擦を少なくすることによってカジリ現象を抑制するネジ部品が掲載されている。しかし、このネジ部品では、標準ネジ山部までは雌ネジ部と接触するため、この部分におけるカジリ現象は抑制されないと思われる。また、特許文献２では容器弁本体と、シリンダ部とを腐食性の優れた材料であるハステロイで構成することによって、金属部の腐食を抑え、カジリ現象を抑制する容器弁が掲載されている。しかし、この容器弁はあくまでも腐食を防ぐことが目的であるため、直接的にカジリ現象を抑制するためになされたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−２６００９６
【特許文献２】特開２００１−３４３００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は高圧ガス容器と螺合する部分のカジリ現象を抑制することのできる高圧ガス容器弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の高圧ガス容器弁は、少なくとも高圧ガス容器と螺合するネジ部分の表面部がアルミナイジング処理された後、酸処理されていることを特徴とする。例えば前記ネジ部分はステンレス鋼により構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高圧ガス容器弁において高圧ガス容器と螺合する部分の表面をアルミナイジング処理後、酸処理して皮膜を形成している。この皮膜によりカジリ現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る高圧ガス容器弁の縦断面図である。
【図２】高圧ガス容器弁と高圧ガス容器とが接する部分を模式的に示した模式図である。
【図３】各処理により雄ネジ部の表面が変化する様子を示した説明図である。
【図４】他の実施の形態に係る高圧ガス容器弁の縦断面図である。
【図５】各試料を塩酸水溶液に浸漬させたときの反応時間と質量変化との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る高圧ガス容器弁の実施形態を説明する。この実施形態に係る高圧ガス容器弁は、背景技術の項で説明した高圧ガス容器弁１０と概ね同一であるため、同一箇所は説明を省略し、相違する部分のみ説明する。この高圧ガス容器弁１０の容器弁本体１１はステンレス鋼により構成されており、容器弁本体１１の雄ネジ部３０はアルミナイジング処理が施された後、酸処理が施されることで、その表面に耐食性に優れた不動態皮膜４２と金属間化合物層４１とからなる積層膜が形成されている。この積層膜は、大きな接圧が加わっても破壊されにくく、ステンレスの新鮮面が露出しにくくなる。
【００１７】
次に前記積層膜を形成するための各処理について、雄ネジ部３０の表面が変化する様子について示した図３を参照しながら説明する。図３（ａ）はアルミナイジング処理を行う前の雄ネジ部３０の表面を示している。
【００１８】
アルミナイジング処理とは、鋼表面にアルミニウム（Ａｌ）を被覆して、鉄とアルミニウムの金属間化合物を形成する方法である。この金属間化合物は、硬度が高くカジリ防止として効果的である。ただし、アルミニウムも鉄も酸には弱く、腐食性の環境には使用できない。ステンレス鋼にアルミナイジング処理をすると、基材との界面において形成される鉄（Ｆｅ）とアルミニウムとからなる金属間化合物にクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）が含まれるようになり、靱性が改善される。
【００１９】
図３（ｂ）は、アルミナイジング処理後の雄ネジ部３０の表面を示しており、当該処理により形成された金属間化合物層４１は、ＦｅＡｌ及びＦｅＡｌ（Ｃｒ）などにより構成されている。アルミナイジング処理の具体的な手法としては、例えば雄ネジ部３０をめっき浴に浸漬して、当該雄ネジ部３０にアルミニウムを電気めっきすることが挙げられる。このめっき浴に用いられるめっき液としては、従来公知のものが用いられる。例を挙げておくと、AlCl3 と１−メチル−３プロピルイミダゾリウムブロマイドとを２：１のモル比に混合溶融したものに各種添加剤を添加したものや、AlCl3 とブチルビリジニウムブロマイドとを２：１のモル比に混合溶融してなる浴にポリスチレン（M.W.5000）４ｇ／ｌを添加したものなどを用いることができる。
【００２０】
次に、酸処理について説明する。この酸処理は、アルミナイジング処理された雄ネジ部３０を酸性溶液例えば塩酸水溶液に浸漬することにより行われる。発明者は、後述の実験に基づいて、この酸処理により下記の反応プロセスで前記不動態皮膜４２が形成されると推論している。
【００２１】
前記雄ネジ部３０を塩酸水溶液に浸漬した直後は、図３（ｃ）に示すように金属間化合物層４１が溶解し、金属間化合物層４１を構成するＦｅ、Ｃｒ、Ａｌが塩酸水溶液に溶出する。その後、塩酸水溶液に溶解したアルミニウムがオキシ水酸化アルミニウム（ＡｌＯ（ＯＨ））となり、金属間化合物層４１の表面に付着する。
【００２２】
続いて、塩酸水溶液に溶解した鉄及びクロムが徐々にオキシ水酸化鉄（ＦｅＯ（ＯＨ））やオキシ水酸化クロム（ＣｒＯ（（ＯＨ））となり、そのＡｌＯ（ＯＨ）の表面を覆い、これらＡｌＯ（ＯＨ）、ＣｒＯ（（ＯＨ））及びＦｅＯ（ＯＨ）からなる不動態皮膜４２が次第に形成され、金属間化合物層４１の溶解が減少する。そして、金属間化合物層４１が不動態皮膜４２に覆われ、金属間化合物層４１の溶解が停止する（図３（ｄ））。
【００２３】
上述の実施形態によれば、容器弁１０の雄ネジ部３０の表面にオキシ水酸化物からなる不動態皮膜４２と、金属化合物層４１とからなる積層膜が形成され、硬化される。従って、高圧ガス容器弁１０と高圧ガス容器２０とが螺合するに際して、カジリ現象が抑制され、雄ネジ部３０及び雌ネジ部２２に損傷は生じないため、ガス漏れをより確実に防ぐことが可能となり、さらに雄ネジ部３０の耐食性を得ることができる。不動態皮膜４２の耐食性としては、高圧ガス容器弁１０の母材としてＳＵＳ３１６を用いた場合、その母材と同等の耐食性を有する。
【００２４】
ところで、アルミナイジング処理としては、めっき浴を用いることに限られず、例えばアルミニウムを溶射することでめっきを行うことも含まれる。また、アルミナイジング処理を行うにあたり、雄ネジ部３０を被覆するアルミニウム中にアルミニウム以外の成分、例えばクロムなどが混入していてもよい。
【００２５】
また、酸処理に用いる酸としては塩酸の他に硫酸など他の酸を用いてもよい。そして、酸処理の方法としては、金属間化合物４１に酸が供給されれば、上記のように酸性の溶液に浸漬することに限られない。例えば酸性溶液のミストを雄ネジ部３０に吹き付けてもよい。
【００２６】
本発明は上述の実施形態に限られず、以下に述べるダイヤフラム型の高圧ガス容器弁にも適用することができる。この高圧ガス容器弁の構成を説明する。図５に示すように容器弁本体６１の上部側はシリンダ部６２を構成し、このシリンダ部６２内には開閉子６３が設けられている。前記開閉子６３は、図示しないコイルバネによってＬ字状のガス流路６４を開状態にするように、上限位置に維持されている。前記シリンダ部６２における上端の開口部は、円形のダイヤフラムである板バネ６５によって気密に塞がれており、前記板バネ６５の周縁部は容器弁本体６１に螺合されるボンネット６６により、シリンダ部６２に押し付けられている。
【００２７】
前記ボンネット６６内には、操作部であるハンドル６７により回動されるスピンドル６８が螺合挿入されている。このスピンドル６８が板バネ６５の中央部を下方に押圧し、これにより開閉子６３がコイルバネの弾性力に抗して押圧されてガス流路６４が閉じられる。また、容器弁本体６１の下側部は雄ネジ部６９として形成される。そして、容器弁本体６１はアルミナイジング処理後、酸処理され、その表面に皮膜が形成されていることから前述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２８】
評価実験
次に、本発明の高圧ガス容器弁１０の効果を確認するために評価実験を行った。実施例として、その容積が４７ＬでＣｒＭｏ鋼からなる新しい高圧ガス容器２０を１０本用意した。また、ＳＵＳ３１６（鉄、クロム及びニッケルの合金からなるステンレス鋼であり、１８％のクロムと１２％のニッケルを含み、これらにモリブデンを添加して耐食性を向上させたステンレス鋼）製の高圧ガス容器弁１０を１０個用意し、雄ネジ部３０を実施形態と同様にアルミナイジング処理した後、酸処理した。この容器弁１０を試料１とする。各試料１を規定のトルク値で各高圧ガス容器２０に螺合させ、翌日これら１０組の容器弁付き高圧ガス容器２０から、試料１を取り外した。
【００２９】
比較例１として、実施例と同様の高圧ガス容器２０を１０本用意した。また、ＳＵＳ３１６製の高圧ガス容器弁１０を１０個用意した。この容器弁１０を試料２とする。そして、実施例と同様に各試料２を規定のトルク値で各高圧ガス容器２０に螺合させ、翌日これら１０組の容器弁付き高圧ガス容器２０から、試料２を取り外した。
【００３０】
実験結果及び考察
実施例については、すべての試料１及び高圧ガス容器２０のどちらにもカジリ現象は生じなかった。即ち、試料１の雄ネジ部３０及び高圧ガス容器２０の雌ネジ部２２のどちらにも損傷は認められなかった。比較例１については、７個の試料２と７本の高圧ガス容器２０にカジリ現象が認められ、試料２及び高圧ガス容器２０は損傷を受けた。また、３個の試料２と３本の高圧ガス容器２０には、カジリ現象が認められなかったが、試料２の雄ネジ部３０の先端２山のネジ端は、びらん状に変形していた。また試料２と高圧ガス容器２０とを螺合する際に、試料２の雄ネジ部３０の先端部が直接に接触する高圧ガス容器２０の雌ネジ部２２の上端から６山目は、その表面がざらついて見られた。以上のことより、高圧ガス容器弁１０をアルミナイジング処理及び酸処理することによって、カジリ現象を抑制し、雄ネジ部３０及び雌ネジ部２２が損傷を受けることを防止することが可能なことが見て取れる。
【００３１】
また、比較例２として高圧ガス容器弁１０の表面を本発明とは異なる手法で改質する実験を行った。高圧ガス容器弁１０の材料にはプラズマ処理されていないＳＵＳ３１６を用いて、この容器弁１０の表面に窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のようなアモルファス状の炭素を形成させ、試料３とした。しかし、この手法では、ＳＵＳ３１６が軟質であるため、窒化チタン、窒化クロムまたはダイヤモンドライクカーボンが、その性質の影響を受けてしまい、高圧ガス容器弁１０と高圧ガス容器２０との接触圧によって、これらが剥ぎ取られ、高圧ガス容器弁１０の表面が露出し、カジリ現象が生じてしまった。
【００３２】
続いて、本発明者により行われ、本発明に至る知見となった実験について説明する。ＦｅＡｌからなる試料１、ＦｅＡｌ（Ｃｒ）からなる試料２、ＳＵＳ３１６からなる試料３、ＣｒＭｏ鋼からなる試料４を用意した。試料１の組成の質量比はＡｌ：Ｆｅ＝２８．３：７１．７であり、試料２の組成の質量比はＣｒ：Ａｌ：Ｆｅ＝１１．９：２４．９：６４．２である。各試料１〜４を塩酸水溶液へ浸漬し、浸漬時間に対する単位表面積あたりの各材料の質量変化量を測定した。
【００３３】
図５はその結果を示したものである。グラフの横軸は浸漬時間を示しており、単位はキロ秒である。横軸は単位表面積あたりの質量変化量を示しており、単位はｋｇ／ｍ2である。グラフに示されるように、浸漬直後には試料３及び試料４に比べて試料１、試料２の質量変化量、即ち腐食速度が大きい。しかし、時間が経過するに従い、試料１、２の質量変化量は低下している。このように試料１、２では試料３、４に比べて経過時間によって質量変化量が大きく変化している。
【００３４】
この実験結果から、試料１、２では時間が経過すると、塩酸水溶液に対して耐腐食性を持つ何らかの皮膜が形成されることが考えられる。試料１、２に対してＸ線回折を行い、得られたスペクトルを分析したところ、試料１から得られたスペクトルではＡｌＯ（ＯＨ）を示すピークが確認された。また、試料２から得られたスペクトルではＡｌＯ（ＯＨ）及びＣｒＯ（ＯＨ）を示すピークが確認された。この実験結果から、本発明者は上記の本発明に至った。
【符号の説明】
【００３５】
１０          高圧ガス容器弁
１１          容器弁本体
１３          プラグ
１７          ガス取り出し口
１９          ガス流路
２０          高圧ガス容器
２２          雌ネジ部
３０          雄ネジ部
４１          金属間化合物層
４２          不動態皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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