专利名称：调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及以设定压力调节流体的调节器。
背景技术：
以往，半导体制造装置制造的半导体中，供给至晶片的作用气体 的流量或压力会使产品质量产生偏差。因此，为了以设定压力控制供 给至晶片的作用气体的压力，半导体制造装置装载有调节器。
调节器在PCTFE制阔座中可以接触或分离地设有提升阀体，根据 提升阀体与阀座之间的阀开度控制流入压力室内的流体。调节阀通过 调整阀开度以使压力室的内部压力与设定压力一致，从而能够以设定 压力调节作用气体的压力。提升阀体没有设置滑动部，以便能够应对 微小的压力变化。
专利文献l:日本专利公开2004 — 362036号公报 专利文献2:日本专利公开2005—128697号公报
PCTFE与其它含氟树脂相比，机械强度较大，因此，以往虽然考 虑到使用了 PCTFE制阀座的调节器在使用中设定压力不易上升，但是 实际上，在使用中设定压力有时也会上升。
发明人为了查明调节器的设定压力上升的理由，对使用PCTFE制 阀座的调节器的密封性(耐久性)进行了调查。结果，以往的调节器 在提升阀与某一转数的阀座接触或分离时，会产生流体泄漏。
另外，发明人观察了设置在设定压力上升的调节器上的阀座的密 封面。在图IOA和图10B中显示了该观察结果。
在PCTFE制阀座的隔着阀座中心而位于相反位置处的密封面中， 其中一个密封面的宽度如图IOA所示，为120ym，另一密封面的宽度 如图10B所示，为28um。因此，对于PCTFE制阀座而言，提升阀体 会发生一端接触。
提升阀体的一端接触是由阀座磨损造成的，作为磨损的结果，密 封面会恶化，从而产生泄漏。从阀座泄漏的流体流入压力室，从而使 设定压力上升。
为了校正提升阀体的一端接触，也可以考虑以机械方式改变调节 阀的结构。但是，若考虑提升阀体不具有滑动部或者以多个结构部件 形成调节器，则这种方法是较为困难的。
发明内容
本发明是为解决上述问题作出的，其目的在于提供了能够防止设 定压力上升的调节器。
本发明涉及的调节器具有以下结构。
(1) 在将流体控制为设定压力的调节器中，与阀体接触或分离的 阀座部以硬度为D70以下的含氟树脂为材料。
(2) 在将流体控制为设定压力的调节器中，与阀体接触或分离的 阀座部，以温度为23度的条件下拉伸延伸率在250%以上的含氟树脂 为材料。
(3) 在(1)或(2)记载的发明中，所述阀座部以PFA或PTFE 为材料。
(4)在(1)或(2)记载的发明中，其为控制1Mpa以下的流体 的调节器。
发明效果
由于本发明的调节器使用了以硬度D70以下的柔软的含氟树脂制 成的阀座部，因此，与阀体接触时阀座部易于变形，从而流体不易泄 漏。因此，根据本发明的调节阀，能够防止设定压力伴随流体泄漏而 上升。
由于本发明的调节器使用了在温度为23度的条件下拉伸延伸率在 250%以上的易于变形的含氟树脂制阀座部，因此，阀座部的密封面不 易磨损，从而不易产生泄漏。因此，根据本发明的调节器，能够防止 设定压力伴随流体泄漏而上升。
在本发明的调节器中，优选阀座部采用以硬度为D70以下或以温 度为23度时拉伸延伸率在250%以上的含氟树脂PFA或PTFE为材料。
在本发明的调节器中，由于对1Mpa以下的流体进行控制，因此 减小阀体与阀座部接触的力。因此，根据本发明的调节器，即使在阀 座部的强度较低或拉伸延伸率较大的情况下，阀座部也不易破损。
图1为本发明实施例涉及的调节阀的剖面图。
图2显示了用于调査阀座材料和密封性的关系的试验的试验方法。
图3显示了调查阀座材料和密封性的关系的试验的试验结果。纵 轴表示喷出He后的泄漏量(Pa,m3/s)，横轴表示载荷(N)。
图4为调查耐久性的试验中使用的试验电路的电路图。
图5为比较PCTFE、 PFA、 PTFE的材料特性的视图。
图6A显示了 PFA制阀座的耐久试验后的状态。
图6B显示了 PFA制阀座的耐久试验后的状态。
图7A显示了 PTFE制阀座的耐久试验后的状态。
图7B显示了 PTFE制阀座的耐久试验后的状态。
图8显示了在颗粒评价试验中使用的装置的电路图。
图9显示了颗粒评价试验的试验结果。
图IOA显示了在以往的调节器中使用的PCTFE制阀座的耐久试验 后的状态。
图IOB显示了在以往的调节器中使用的PCTFE制阀座的耐久试验 后的状态。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的调节阀的一个实施例进行说明。
图1为本实施例涉及的调节器1的剖面图。
调节器1形成了在流路单元2上安装外壳3的外观结构。外壳3 使第1筒体部4与第2筒体部5螺合连接。在第2筒体部5的上端部 可转动地安装调整手柄6。内置于上流路单元2中的提升阀体7形成与 膜片8分离设置的自由提升结构。提升阀体7以不锈钢等金属为材料。 内置于外壳3中的调整机构9与膜片8接触。调整机构9的结构为 可以随着调整手柄6的转动而调节施加在膜片8上的外部压力并设定 作用气体的设定压力。
调节器1分别使作用气体供给配管和腔室与形成于流路单元2中 的第1 口 11和第2 口 12相连，并且将从第1 口 11流向第2 口 12的 作用气体的压力调整为设定压力。在流路单元2中，以与第l口ll连 通的方式形成用于容纳提升阀体7的第1压力室13。在流路单元2的 上表面以圆柱状开设有凹部14，从而使第1压力室13与第2 口 12连 通。
流路单元2，在第l压力室13与凹部14连通的部分设置作为"阀 座部"的一个例子的阀座15。流路单元2使阀座保持件16、膜片8、 膜片推压件17层叠在阀座15上，并螺合连接第1筒体部4。
因此，通过使流路单元2与第1筒体部4螺合时产生的紧固力， 将阀座15压住并保持在凹部14的底壁上。另外，膜片8被夹持在阀 座保持件16与膜片推压件17之间并以气密方式堵塞凹部14，从而形 成第2压力室18。
在第1压力室13中，以与阀座15接触或分离的方式容纳提升阀 体7。在提升阀体7上，收縮设置在第1压力室13中的复位弹簧19的 弹力始终作用在阀座15的方向(图中的上方)上。突出设置在提升阀 体7上的突出部7a贯穿阀座15的中央部并向第2压力室18—侧突出。
通过调整机构9对调节器1的设定压力进行调节。调整机构9通 过调压杆20使调压弹簧21与调节手柄6相连。调节手柄6通过活塞 22与膜片8接触并对膜片8施加弹力。在图1所示的调节器1中，调 节手柄6位于最上端并且不会在膜片8上施加外部压力。在这种状态 下，膜片8与突出部7a分离。若使调节手柄6转动并使其下降，则压 縮调压弹簧21，从而在膜片8上施加朝向阔座15方向(图中的下方) 的力。膜片8与突出部7a接触而施加朝向图中的下方的力。
因此，在提升阀体7上，施加向图中上方作用的复位弹簧19的弹 力和作用气体的流体压力的合力、以及向图中下方作用的调压弹簧21 的弹力。调节器1中，在第2压力室18的压力为设定压力的情况下， 向图中上方作用的复位弹簧19的弹力和作用气体的流体压力的合力与 向图中下方作用的调压弹簧21的弹力平衡，提升阀体7与阀座15接 触，以阻断流路。
与此相比，在第2压力室18的压力低于设定压力的情况下，膜片8向下变形，以下压提升阀体7。由此，阀开度增大，流入第2压力室18的作用气体增加，第2压力室18的压力升高。
另一方面，在第2压力室18的压力高于设定压力的情况下，膜片 8向上变形，随之向上推动提升阀体7。由此，阀开度变小，流入第2 压力室18的作用气体减少，第2压力室18的压力降低。
然而，如在上述发明解决的课题中说明的那样，使用了PCTFE制 阀座的调节器存在使用中设定压力升高的问题。在调节器1中，提升 阀体7被复位弹簧19托起并且在无滑动的状态下容纳在第1压力室13 中。无滑动的原因在于消除提升阀体7的机械损失，使提升阀体7 能够根据微小的压力变化自由移动。因此，通过改变调节器的结构来 防止设定压力上升实际上较为困难。
因此，本实施例的调节器1使用了以硬度为D70以下的含氟树脂 或在周围温度为23度的条件下延伸率为250%以上的含氟树脂为材料 的阀座15。
具体来说，使用以PFA(四氟乙烯-全氟基乙烯醚共聚物)或PTFE (聚四氟乙烯)为材料的阀座15。
另外，本实施例的调节器1用于控制流体压力为lMPa以下的流体。
发明人制造了 PCTFE制阀座用样品150A、 PFA制阀座用样品 150B和PTFE制阀座用样品150C，对各个样品150A、 150B、 150C实施了调查密封性的试验。在图2中显示了用于调查阀座材料和密封性 的关系的试验的试验方法。
如图2所示，在调査阀座材料和密封性的关系的试验中，将样品
150A U50B、 150C)夹持在第1板31和第2板32之间。第1板31 形成用于供给试样(在本实施例中为He)的流路34，将提升阀体7设 定在流路34上。作为复位弹簧19的变化，载荷传感器33在提升阀体 7上施加载荷，并将提升阀体7密封在样品150A (150B、 150C)上。 在第2板32中，在与流路34相同的轴上形成流路35，并使其与泄漏 检测器36相连。
在试验中，通过载荷传感器33，以规定的载荷使提升阀体7与样 品150A (150B、 150C)接触。在这种状态下，向流路34供给规定载 荷的He，并通过泄漏检测器36测定泄漏量。 一边逐渐增加载荷传感器 33施加在提升阀体7上的载荷， 一边实施一连串的测试。
图3显示了调查阀座材料与密封性的关系的试验的试验结果。在 图3中，实线表示PCTFE制样品150A的试验结果，粗线表示PFA制 样品150B的试验结果，虚线表示PTFE制样品150C的试验结果。图3 的纵轴表示喷出He后的泄漏量(Pa*m3/s)。对于图3的泄漏量而言， 越向上，泄漏量就越大。横轴表示载荷(N)。
若将判断为耐久性不足的程度的设定压力上升换算为泄漏量，则 达到lE-05Pa m3/s。将该值作为基准值L。
对于PCTFE制样品150A而言，为了使泄漏量在基准值L以下， 必需施加大约2.5N的载荷。与此相比，对于PFA制样品150B和PTFE 制样品150C而言，为了使泄漏量在基准值L以下，必需施加大约0.2N 的载荷。
从该试验结果判断出PFA制样品150B和PTFE制样品150C能 够以小到密封PCTFE制样品150A所需的载荷的IO分之一的载荷进行 密封，以防止设定压力上升。因此，PFA制样品150B和PTFE制样品 150C的密封性优于PCTFE制样品150A。
另外，对于PCTFE制样品150A而言，应缓缓减少泄漏量直至施 加大约8N的载荷，若施加大约8N以上的载荷，则泄漏量大致一定。 与此相比，对于PFA制样品150B和PTFE制样品150C而言，在施加 大约2N的载荷之前，泄漏量急剧减少，若施加大约2N的载荷，则泄 漏量大致一定。通过该试验结果可知PFA制样品150B和PTFE制样 品150C与PCTFE制样品150A相比，提升阀体7能够以较小的载荷在 短时间内贴紧，对压力变化的响应性良好。从这一点也可得知，PFA 制样品150B和PTFE制样品150C的密封性优于PCTFE制样品150A。
下面，发明人对使用了样品150A、 150B的样品用调节器IOOA、 100B的耐久性进行了研究。图4为在调查耐久性的试验中使用的试验 电路51的电路图。
在试验电路51中，从上游侧开始串联连接样品用调节器100A (100B)、压力计52、阀53以及流量调节阀54。设定样品用调节器 100A (100B)的设定压力，以压力计52计测的值为0.35Mpa。另外， 流量调节阀54调节阀开度，以将试样的流量控制在30L/min。
在试验中，从上游供给0.5MPa的试样，使阀53进行开闭动作。 在样品用调节器100A (100B)中，与阀53的阀开闭动作相配合，提 升阔体7与阀座用样品150A (150B)接触或分离。因此，通过计测阀 53的动作次数，来调査样品用调节器100A (100B)的耐久性。
结果，在使用PCTFE制样品150A的样品用调节器100A中，若 阀53进行10万次动作，则设定压力上升，压力计52的测定值等于供 给压。
另一方面，在使用PFA制样品150B的样品用调节器100B中，即 使阀53进行IOO万次动作，也不会引起设定压力的上升。
通过上述试验结果能够判断出使用PFA制样品150B的样品用
调节器100B的耐久性优于使用PCTFE制样品150A的样品用调节器 IOOA。
另外，对于使用了PTFE制样品150C时的耐久性而言，也能获得 与PFA相同的结果。
下面，对样品150A、 150B、 150C的耐久试验后的状态进行说明。 图6A和图6B显示了 PFA制样品150B的耐久试验后的状态。图7A 和图7B显示了 PTFE制样品150C的耐久试验后的状态。图6A、图6B 以及图7A、图7B分别部分地显示了隔着阀座15中心的相反位置的密 封面。
对于PFA制样品150B而言，如图6A所示，其中一个密封面的宽 度为80um，如图6B所示，与该密封面相反一侧的密封面的宽度为78 !xm。因此，对于PFA制样品150B而言，密封面上的磨损偏差较小。 因此，对于PFA制样品150B而言，提升阀体7不会一端接触。
对于PTFE制阀座用样品150C而言，如图7A所示，其中一个密 封面的宽度为110um，如图7B所示，与该密封面相反一侧的密封面 的宽度为100um。因此，对于PTFE制阀座用样品150C而言，密封 面上的磨损偏差较小。因此，对于PTFE制样品150C而言，提升阀体 7不会一端接触。
另一方面，如在本发明解决的问题中说明的那样，对于PCTFE制 样品150A而言，如图10A所示，其中一个密封面的宽度为120u m， 如图10B所示，与该密封面相反一侧的密封面的宽度为28um。因此， 对于PCTFE制阀座用样品150A而言，密封面上的磨损偏差较大。因 此，对于PCTFE制样品150A而言，提升阀体7会发生一端接触。
根据以上试验结果可知，若阀座15以PFA或PTFE为材料，则与 以PCTFE为材料的情况相比，由于能够防止提升阀体7的一端接触， 因此能够提高耐久性。
对使用以PFA或PTFE为材料的阀座15时密封性、耐久性提高的 原因进行了研究。
图5为比较PCTFE、 PFA、 PTFE的材料特性的视图。
在温度为23t的条件下，PCTFE的拉伸延伸率为80 25%， PFA 的拉伸延伸率为250 350%， PTFE的拉伸延伸率为200 400%。因 此，由于PCTFE的拉伸延伸率小于PFA或PTFE的拉伸延伸率，因此 不易变形。
关于硬度，PCTFE为D75 D85 ， PFA为D60 D64， PTFE为D50 D55。因此，由于PCTFE的硬度大于PFA或PTFE的硬度，因此不易 变形。
以往的调节器为了提高阀座的耐久性，着眼于加大PCTFE的机械 强度，阀座的材料采用PCTFE。换句话说，考虑到机械强度较小的PFA 或PTFE制阀座容易因变形而产生流体泄漏，因此没有使用。
但是，如调节器l那样，在由复位弹簧19托起提升阀体7而没有 设置滑动部的情况下，提升阀体7不稳定并易于倾斜。
如上所述，由于PFA或PTFE制阔座15的硬度较低，因此，在与 提升阀体7接触时易于变形。因此，提升阀体7即使倾斜并与阀座15 接触，复位弹簧19也减额通过沿轴线的压力来校正倾斜，从而以均匀 的力接触密封面。因此，对于PFA或PTFE制阀座15而言，提升阀体7以均匀的力反复接触密封面，因此密封面不易偏移变形(参见图6A、图6B、图7A、图7B)。
与此相比，由于PCTFE制阀座的硬度较高，因此与提升阀体7接 触时不易变形。因此，若提升阀体7倾斜而与PCTFE制阀座接触，则 即使通过复位弹簧19沿轴线方向按压，也不能校正倾斜，从而会与密 封面一端接触。若通过该力在PCTFE制阀座产生塑性变形时及以后持 续使提升阀体7与密封面一端接触，则PCTFE制阀座的密封面形成单 边磨损(参见图IOA、 10B)。
另外，对于PFA或PTFE制阀座15而言，拉伸延伸率较大。提升 阀体7紧贴阀座15的密封面以进行密封，在与阀座15分离时，拉伸 密封面的表面。由于拉伸延伸率较大的PFA或PTFE制阀座15被提升 阀体7拉伸而变形，提升阀体7的吸附力逐渐减小，因此密封面的表 面易于与提升阀体7分离。因此，对于PFA或PTFE制阀座15而言，不易通过提升阀体7剥离密封面的表面，从而磨损进行速度缓慢。
与此相比，对于PCTFE制阀座而言，拉伸延伸率较小。因此，提 升阀体7在紧贴在PCTFE制阀座上以进行密封之后，在与PCTFE制 阀座分离时，PCTFE制阀座的密封面的表面不易变形。PCTFE制阀座 的密封面被提升阀体7有力地拉伸，容易在表面仍与提升阀体7紧贴 的状态下剥离。因此，PCTFE制阀座的磨损进行速度加快。产生磨损 的部分的密封面会形成凹凸，从而易于产生流体泄漏。
此处，发明人利用图8所示的试验电路进行了颗粒评价试验。
如图8所示，试验电路的结构为串联连接调节器61、压力计62、 滤波器63、样品用调节器100A (或100B)、压力计64、气动阀65、 流量调节阀66及流量计67，使流量计67与颗粒计数器68相连。
颗粒评价试验是通过在试验电路中交替组装使用PCTFE制阀座 150A的样品用调节器100A和使用PFA制阀座150B的样品用调节器 100B而进行的，调査PCTFE制阀座150A和PFA制阀座150B的颗粒 产生量(个数)。在试验中，调节器61将流体压力控制在0.3Mpa,样 品用调节器100A (或100B)将流体压力控制在0.15Mpa，流量调节阀 66将流量控制在28L/min。
图9显示了颗粒评价试验的试验结果。
如图9所示，对于使用PCTFE制阀座150A的样品用调节器100A 而言，由于在动作次数少于1.E+02次时，产生500个以上颗粒，进而 在动作次数达到1.E+03次时，颗粒产生量大约增加10倍。之后，虽然颗粒产生量减少，但是可以认为是因为阀座150A的磨损加剧而不易剥落，从而导致颗粒减少。
与此相比，对于使用PFA制阀座150B的样品用调节器IOOB而言， 在动作次数为1.E+02次时，颗粒产生量为0。之后，即使重复动作次 数，颗粒产生量也基本上为零。即使在有时产生颗粒的情况下，该颗 粒产生量也在极少的10个以下。
因此，PFA制阀座150B与PCTFE制阀座150A相比，颗粒产生量大幅减少。该试验结果以数值形式证明PFA制阀座150B与PCTFE制阀座150A相比，磨损速度减缓，磨损减少。
另外，发明人对PTFE制阀座150C也进行了同样的试验，并获得 了与PFA制阀座150B相同的结果。
如上所述，由于PFA或PTFE制阀座15与PCTFE制阀座相比， 不易因一端接触而产生变形，因此不易产生流体泄漏，耐久性良好。
并且，由于PFA或PTFE制阀座15与PCTFE制阀座相比，磨损 速度减缓并不易磨损，因此不易产生流体泄漏，耐久性良好。
如上所述，由于本实施例的调节器1使用了硬度为D70以下的柔 软阀座15，因此，在与提升阀体7接触时阀座15易于变形，从而不易 发生流体泄漏。因此，根据本实施例的调节器l，能够防止设定压力伴 随流体泄漏而上升。
由于本实施例的调节器1使用了在温度为23度的条件下拉伸延伸 率达250%以上的易于变形的阀座15，因此阀座15的密封面不易磨损， 从而不易产生流体泄漏。因此，根据本实施例的调节器l，能够防止设 定压力伴随流体泄漏而上升。
在本实施例的调节器1中，由于对1Mpa以下的作用气体进行控 制，因此，能够减小提升阀体7与阀座15接触时的力。因此，根据本 实施例的调节器1，即使在阀座15的硬度较低或者拉伸延伸率较大的 情况下，阔座15也不易破损。
另外，本发明不限于上述实施例，其可以进行各种应用。
例如，在上述实施例中，虽然在气体供给控制装置中使用了调节 器1，但是也可以使第1 口 11与气体容器相连，使第2 口 12与真空泵 相连，以用于真空抽吸时的压力调节。
例如，在上述实施例中，将夹持在流路单元2与阀座保持件16之 间的阀座15作为"阀座部"的一个例子。与此相比，也可以将阀座15 一体设置在阔座保持件16或流路单元2上，并通过PTFE等树脂形成 流路单元2或阀座保持件16，以便一体形成阀座部。
权利要求
1.一种将流体控制为设定压力的调节器，其特征在于，与阀体接触或分离的阀座部以硬度为D70以下的含氟树脂为材料。
2. —种将流体控制为设定压力的调节器，其特征在于，与阀体接 触或分离的阀座部，以温度为23度的条件下拉伸延伸率在250%以上 的含氟树脂为材料。
3. 根据权利要求l或2所述的调节器，其特征在于，所述阀座部 以PFA或PTFE为材料。
4. 根据权利要求l或2所述的调节器，其特征在于，其为控制lMpa 以下的流体的调节器。
全文摘要
本发明提供一种能够防止设定压力上升的调节器。在将流体控制为设定压力的调节器(1)中，与阀体(7)接触或分离的阀座部(15)的硬度为D70以下。在将流体控制为设定压力的调节器(1)中，在温度为23度的条件下，与阀体(7)接触或分离的阀座部(15)的拉伸延伸率达250％以上。优选所述阀座部以PFA或PTFE为材料。
文档编号G05D16/00GK101206486SQ200710169330
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月22日 优先权日2006年12月22日
发明者稻叶伸宏, 西田成伸 申请人:喜开理株式会社