(57)【要約】      （修正有）【課題】高温流体であっても良好な制御動作を可能とする。【解決手段】熱可塑性フッ素樹脂により射出成型された上下ハウジングにより囲まれ、上ハウジングには、上部に流入管１ｃ、流出管１ｄが、下部に空室１ｅが形成されている。流出管１ｄと空室１ｅとの間には別体のオリフィス部４が配置され、空室１ｅと流入管１ｃとは連通されている。上ハウジングの下部には、別体のダイヤフラム部５が取り付けられ、ダイヤフラム部５にはニードル状の弁体５ｂを有し、周囲にはダイヤフラム膜５ｃを介してフランジ５ｄが形成されている。オリフィス部４、ダイヤフラム部５は非溶融性フッ素樹脂を切削して形成され、レーザー光により上ハウジングに溶着されている。流入管１ｃから流入する流体は、オリフィス部４を通って流出管１ｄに至り、オリフィス部４に挿入された弁体５ｂの上下位置が調整され、流体流量が制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の管体を接続可能であるハウジングと、該ハウジングに固定された円筒状のオリフィス部と、該オリフィス部内に挿入する弁体を備え、前記ハウジングに固定されたダイヤフラム部とから成り、制御対象である流体は一方の前記管体から前記オリフィス部、前記弁体を介して他方の前記管体に至るダイヤフラム式流量制御弁であって、
前記ハウジングは熱成型した樹脂から成り、前記オリフィス部及び前記ダイヤフラム部は耐熱性樹脂から成ることを特徴とするダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項２】
前記オリフィス部又は前記ダイヤフラム部はそれぞれフランジを有し、これらのフランジが前記ハウジングに溶着されていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項３】
前記ダイヤフラム部のフランジは、二分された前記ハウジングにより挟着されていることを特徴とする請求項２に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項４】
予め成型された前記オリフィス部は、前記ハウジングの射出成型に際して前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項５】
前記オリフィス部及び前記ダイヤフラム部は、非溶融性フッ素樹脂を素材とし切削加工して製作されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項６】
前記非溶融性フッ素樹脂はＰＴＦＥ又は変性ＰＴＦＥとされていることを特徴とする請求項５に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項７】
前記ハウジングの樹脂は、熱可塑性フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【請求項８】
前記ダイヤフラム部に設けた前記弁体はニードル状とされていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のダイヤフラム式流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造装置などに使用されるダイヤフラム式流量制御弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微少な流量を精度良く制御するために、引用文献１のようなダイヤフラム式の流量制御弁がよく使用されている。この流量制御弁においては、ニードルを有するダイヤフラム弁は別体で造られるが、オリフィスはボディの一部に一体に設けられている。
【０００３】
このような流量制御弁においては、水などの通常の流体を対象とする場合には、熱可塑性樹脂を素材に用いれば、射出成型により製造することによって安価に製品化できる。
【０００４】
半導体製造ラインなどにおいては、強酸類や高温流体を使用することが多く、流量制御弁には耐薬品性などの性能が要求されるため、素材にはフッ素樹脂が使用されている。例えば、ＰＦＡ（Tetrafluoroethylene Perflouroalkoxy vinyl ether copolymer）などの熱可塑性フッ素樹脂を素材に用いれば、射出成型により製造することができる。
【０００５】
しかし、制御対象である流体として、例えば１５０℃を越える硫酸等の高温流体を対象とすると、熱可塑性フッ素樹脂はこの高温流体により軟化し易く、特に弁部付近の所定の寸法精度が維持できなくなり、良好な制御動作が期待できない。
【０００６】
従って、高温流体による変形を防止し、精度良く制御するためには、要部のダイヤフラム弁やボディには、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）や変性ＰＴＦＥなどの耐熱性を有する非溶融性フッ素樹脂を使用することが必要とされる。しかし、この非溶融性フッ素樹脂は射出成型などの熱成型が困難なことから、切削加工により製造するので手間を要し、高価となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許２９９９４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、熱成型した樹脂製のハウジングに、耐熱性樹脂により製作したオリフィス部を固定し、同じ耐熱性樹脂により製作したダイヤフラム部と共働させることで、高温流体であってもオリフィス部が変形することがなく、良好な制御を可能とするダイヤフラム式流量制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するための本発明に係るダイヤフラム式流量制御弁は、一対の管体を接続可能であるハウジングと、該ハウジングに固定された円筒状のオリフィス部と、該オリフィス部内に挿入する弁体を備え、前記ハウジングに固定されたダイヤフラム部とから成り、制御対象である流体は一方の前記管体から前記オリフィス部、前記弁体を介して他方の前記管体に至るダイヤフラム式流量制御弁であって、前記ハウジングは熱成型した樹脂から成り、前記オリフィス部及び前記ダイヤフラム部は耐熱性樹脂から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るダイヤフラム式流量制御弁によれば、ハウジングを熱可塑性フッ素樹脂により製作し、非溶融性フッ素樹脂により別体として製作したオリフィス部をハウジングに固定しているので、ハウジングの熱成型による製造が可能となり、価格的に安価で、高温流体に対しても精度の良い制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ダイヤフラム式流量制御弁の斜視図である。
【図２】断面図である。
【図３】分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１はダイヤフラム式流量制御弁の斜視図、図２は断面図、図３は分解斜視図である。
【００１３】
実施例においては、ダイヤフラム式流量制御弁１０は駆動部２０上に載置されている。流量制御弁１０は上下に重なり合う上ハウジング１、下ハウジング２により囲まれ、上下ハウジング１、２はＰＦＡなどの熱可塑性フッ素樹脂によりそれぞれ射出成型などの熱成型により形成されている。
【００１４】
熱成型した樹脂製の上下ハウジング１、２間には、弁部が配置され、上ハウジング１、下ハウジング２の周囲にはそれぞれフランジ１ａ、２ａが設けられ、フランジ１ａ、２ａには複数個ずつの挿通孔１ｂ、２ｂが設けられている。更に、挿通孔１ｂ、２ｂにはＰＥＥＫなどのエンプラ樹脂やＳＵＳから成る複数本のボルト３が挿通されて、上下ハウジング１、２同士が連結するようにされている。
【００１５】
上ハウジング１の上部には、水平方向に、流入管１ｃ、流出管１ｄの管体が一体に成型されており、下部には空室１ｅが形成されている。流出管１ｄと空室１ｅとの間には、後述するオリフィス部４を取り付けるための円孔部１ｆが設けられており、空室１ｅと流入管１ｃとは通路１ｇによって連通されている。また、フランジ１ａの内側には円環状の凹部１ｈが形成されている。
【００１６】
なお、流入管１ｃ、流出管１ｄは必ずしも上ハウジング１に設けなくとも、流体の上ハウジング１への流出を可能とする出入口を上ハウジング１に形成しておき、使用時にこの出入口に別体の管体を接続するようにしてもよい。
【００１７】
オリフィス部４は例えばＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥなどの耐熱性を有する非溶融性フッ素樹脂のブロック体を素材として円筒状に切削加工して形成されており、流体が通過する例えば内径２ｍｍの円筒体４ａの下部に、厚みが例えば０．３ｍｍの円環状のフランジ４ｂが外側に向けて張り出されている。
【００１８】
このオリフィス部４のフランジ４ｂは、上ハウジング１の円孔部１ｆの下端面にレーザー光により溶着されている。つまり、オリフィス部４の円筒体４ａを円孔部１ｆ内に挿入し、フランジ４ｂ側からレーザー光を照射すると、上ハウジング１が軟化してフランジ４ｂが上ハウジング１に溶着される。これにより、流出管１ｄと空室１ｅの間はオリフィス部４を介して連通される。
【００１９】
一方、略円盤状の下ハウジング２の中央には、後述するダイヤフラム部５の軸部が挿通可能な円孔部２ｃが設けられ、下ハウジング２の上面には円環状の台座２ｄが形成されている。
【００２０】
上ハウジング１の下部には、オリフィス部４と同様のＰＴＦＥなどの耐熱性を有する非溶融性フッ素樹脂から成り、研削により形成された別体のダイヤフラム部５が固定されている。ダイヤフラム部５の中央部には軸部５ａが設けられ、軸部５ａ上にオリフィス部４の円筒体４ａに挿入されるニードル状つまり円錐状の弁体５ｂが上方に向けて突出されている。軸部５ａの周囲には、例えば厚さ０．３ｍｍのダイヤフラム膜５ｃが形成され、このダイヤフラム膜５ｃの周囲には厚さ０．５ｍｍ程度の円環状のフランジ５ｄが形成されている。また、軸部５ａの下部には、駆動部２０の駆動軸が連結する連結部５ｅが設けられている。
【００２１】
ダイヤフラム部５のフランジ５ｄを上ハウジング１の凹部１ｈ内に嵌入し、フランジ５ｄ側からレーザー光を照射すると、上ハウジング１が軟化してフランジ５ｄが上ハウジング１に溶着される。
【００２２】
ダイヤフラム部５のフランジ５ｄが上ハウジング１に溶着されることによって、上ハウジング１の空室１ｅは下側から密封されることになる。これにより、流入管１ｃから流入する流体は、通路１ｇを経て空室１ｅに至り、更にオリフィス部４を通って流出管１ｄに至ることになる。
【００２３】
ダイヤフラム部５を上ハウジング１に接着し、ダイヤフラム部５の軸部５ａに上下方向の力を加えると、軸部５ａはダイヤフラム膜５ｃに支えられて上下動可能となり、弁部５ｂが上下動することになる。
【００２４】
駆動部２０の筐体２１の上部には、流量制御弁１０を固定するための取付部２２が設けられている。筐体２１内には駆動手段、例えばステッピングモータ２３が内蔵され、ステッピングモータ２３の回転軸に連結された駆動軸２４が上方に向けて突出されている。駆動軸２４の先端には、ダイヤフラム部５の連結部５ｅに連結するための連結具２５が取り付けられている。また、取付部２２にはボルト３がねじ込まれる複数個のねじ孔２６が設けられている。
【００２５】
オリフィス部４のフランジ４ｂ、ダイヤフラム部５のフランジ５ｄの上ハウジング１への上述の接着は、フランジ４ｂ、フランジ５ｄを上ハウジング１に押圧しながら、例えば炭酸ガスレーザー光源から発生した加熱用レーザー光を円環状に、必要であれば複数回走査して照射する。
【００２６】
加熱用レーザー光の照射により、熱可塑性フッ素樹脂から成る上ハウジング１は、例えば３２０℃程度以上に加熱されると溶融が始まり、オリフィス部４、ダイヤフラム部５のフランジ４ｂ、５ｄは上ハウジング１に円環状に接着される。レーザー光の走査はレーザー光源を回転させても、或いは上ハウジング１を固定した治具を回転させてもよく、相対的な走査が可能であればよい。
【００２７】
なお、オリフィス部４のフランジ４ｂ、ダイヤフラム部５のフランジ５ｄの上ハウジング１への接着は、レーザー光によるのではなく、超音波溶接によっても良い。
【００２８】
上ハウジング１を下ハウジング２上に重ねてフランジ１ａ、２ａの挿通孔１ｂ、２ｂにボルト３を挿通し締め付けると、ボルト３が駆動部２０の取付部２２のねじ孔２６に螺合することにより、上ハウジング１、下ハウジング２は取付部２２に固定される。このとき、下ハウジング２の台座２ｄがダイヤフラム部５のフランジ５ｄに円環状に接するので、ダイヤフラム部５のフランジ５ｄは上ハウジング１と下ハウジング２により挟着され、接着がより確実となる。
【００２９】
この過程において、ステッピングモータ２３の駆動軸２４をダイヤフラム部５の連結部５ｅに連結具２５を介して連結する。ステッピングモータ２３の回転により駆動軸２４を上下動すると、ダイヤフラム部５の軸部５ａがダイヤフラム膜５ｃを変形させながら上下に移動する。これにより、オリフィス部４の円筒体４ａに挿入されている円錐状の弁体５ｂのオリフィス部４に対する上下位置が調整され、円筒体４ａ内の流体通路断面積が変化して流体流量が制御される。また、軸部５ａを上昇させて弁体５ｂを円筒体４ａ内に十分に挿入すれば、流体はオリフィス部４と弁体５ｂから成る弁部により遮断されることになる。
【００３０】
実際の使用に際しては、ハウジング１の流入管１ｃ、流出管１ｄには、それぞれ例えばＰＦＡなどから成る一対の管体を熱溶着等により接続して使用する。
【００３１】
また、弁特性が異なる流量制御弁１０を製造する場合においても、寸法、形状が異なるオリフィス部４の製作により、射出成型などの熱成型により容易に製作可能な上ハウジング１に組み付ければ済むので、コストが安価となり、製造も容易となる。
【００３２】
また、オリフィス部４の下ハウジング１への固定は、下ハウジング１の射出成型に際して、予め研削してあるオリフィス部４を囲むように、下ハウジング１を熱可塑性フッ素樹脂により成型することもできる。
【００３３】
このように、ダイヤフラム式流量制御弁の弁部付近に相当するオリフィス部４及びダイヤフラム部５にのみ耐熱性樹脂を用い、それ以外の部分を熱成型した樹脂を用いることで、高温流体による弁部付近の変形を防止している。このため、精度良く高温流体流量を制御することができると共に、安価にダイヤフラム式流量制御弁を製造することが可能となる。
【００３４】
なお実施例では、説明の都合上、図面に従って上下方向、水平方向を説明したが、実際の製品の上下方向、水平方向とは異なる場合がある。
【符号の説明】
【００３５】
１０  流量制御弁
１  上ハウジング
１ａ、２ａ、４ｂ、５ｄ  フランジ
１ｃ  流入管
１ｄ  流出管
１ｅ  空室
１ｇ  通路
２  下ハウジング
３  ボルト
４  オリフィス部
４ａ  円筒体
５  ダイヤフラム部
５ａ  軸部
５ｂ  弁体
５ｃ  ダイヤフラム膜
５ｅ  連結部
２０  駆動部
２３  ステッピングモータ
２４  駆動軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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