專利名稱：高壓氣體容器用閥及高壓氣體容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝于高壓氣體容器的閥，并涉及一種安裝有該閥的高壓氣體容器。
背景技術(shù)：
例如，為了供給半導(dǎo)體制造過程中使用的氣體，使用安裝有閥的高壓氣體容器。由 于這種氣體多是對人體、設(shè)備造成損傷的毒性強的氣體，因此需要采取防止微小的泄漏，確 保安全性，對環(huán)境不造成影響的措施。因此，高壓氣體容器用閥包括安裝于高壓氣體容器 的閥體；形成于該閥體內(nèi)的氣體流路的開度變更用的閥芯；以及用于承接該閥芯的閥座， 該閥芯和閥座中的至少一個具有合成樹脂制密封構(gòu)件，閥芯夾著密封構(gòu)件被按壓于閥座， 以此封閉氣體流路。由于合成樹脂制密封構(gòu)件具有變形性，因此，即便萬一微小的異物混入 氣體流路或發(fā)生微小的損傷等，也能防止氣體的泄漏。作為構(gòu)成這種密封構(gòu)件的合成樹脂，一般使用聚三氟氯乙烯(PCTFE)樹脂?？紤] 到由于PCTFE樹脂的硬度適應(yīng)性、加工性優(yōu)良，此外，對于多種氣體不會產(chǎn)生膨脹、強度降 低等，因此，耐久性、抗蝕性佳。但是，被指出以下問題PCTFE樹脂對有的氣體種類在抗蝕性、耐久性方面存在問 題，由于物理強度降低和膨脹等造成密封性能降低。因此，提出密封構(gòu)件采用聚偏氟乙烯 (PVDF)制或聚四氟乙烯(PTFE)制(參照專利文獻1、2)。專利文獻1 日本專利特開平5-223176號公報專利文獻2 日本專利特開2005-157913號公報專利文獻1中記載的PVDF樹脂存在由于連續(xù)使用溫度為150°C，在將高壓容器內(nèi) 部洗凈后進行加溫干燥時軟化的問題，此外還存在由于酮、醚這樣的極性溶劑或胺引起軟 化、溶解的問題。專利文獻2中記載的PTFE樹脂存在以下問題即便加熱也不易流動，不能射出成 形或擠壓成形，在對密封構(gòu)件這樣的小型零件進行成形加工時的熱變形大，且加工時需要 特別的技能，因此，不適合量產(chǎn)，制造成本增加。此外，最近可知在PCTFE樹脂作為氨氣容器用閥的密封構(gòu)件使用的情形下，長期 使用時，在該密封構(gòu)件發(fā)現(xiàn)裂縫或剝離，需要提高安全性的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能解決上述問題的高壓氣體容器用閥及高壓氣體容器。應(yīng)用本發(fā)明的高壓氣體容器用閥包括安裝于高壓氣體容器的閥體；形成于上述 閥體內(nèi)的氣體流路的開度變更用的閥芯；以及用于承接上述閥芯的閥座，上述閥芯和上述 閥座中的至少一個具有合成樹脂制密封構(gòu)件，上述閥芯夾著上述密封構(gòu)件被按壓于上述閥 座，從而封閉上述氣體流路。
本發(fā)明的高壓氣體容器用閥的特征是，上述合成樹脂使用聚醚醚酮(PEEK)樹脂、聚苯硫醚(PPS)樹脂及聚醚砜(PES)樹脂中的至少一個。其中，優(yōu)選方案是使用PEEK樹脂、PES樹脂，進一步優(yōu)選方案是使用PEEK樹脂?，F(xiàn)有的使用PCTFE樹脂制密封構(gòu)件的閥中，PCTFE樹脂的柔軟性降低，在高壓作用 下，密封構(gòu)件產(chǎn)生裂縫或破壞以致喪失密封性能，這是氣體從高壓氣體容器泄漏的原因之 一。在此，本案發(fā)明人經(jīng)過專心研究發(fā)現(xiàn)，作為密封構(gòu)件的材料，通過使用PEEK樹脂、PPS 樹脂及PES樹脂中的至少一個而具有優(yōu)良的密封性能，從而產(chǎn)生了本發(fā)明。此外，PEEK樹 月旨、PPS樹脂及PES樹脂比PVDF樹脂的連續(xù)使用溫度高，不會出現(xiàn)在洗凈高壓容器內(nèi)部后 進行加溫干燥時軟化這樣的情形，此外，也不會出現(xiàn)由于酮、醚這樣的極性溶劑或胺引起軟 化、溶解的問題，而且，比PTFE樹脂更易于加熱流動，能射出成形或擠壓成形，適于量產(chǎn)。本發(fā)明的高壓氣體容器的特征是安裝有本發(fā)明的高壓氣體容器用閥。本發(fā)明的高 壓氣體容器中，即便在高壓的作用下，密封構(gòu)件也不會產(chǎn)生裂縫、破壞，能維持密封性能，防 止氣體的泄漏。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，作為密封構(gòu)件的材料，通過使用PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂 中的至少一個，從而發(fā)揮對氨的優(yōu)良的抗蝕性，且柔軟性的降低小，耐久性佳。因此，本發(fā)明 的高壓氣體容器中，作為高壓氣體尤其適于填充液化氨氣。藉此，能防止氣體從填充有氨氣 的高壓氣體容器泄漏。此外，填充于本發(fā)明的高壓氣體容器的高壓氣體例如可以是通常溫度下壓力(稱 為記標壓力，以下相同)為1 15兆帕的壓縮氣體中當(dāng)下壓力為1 15兆帕的壓縮氣體、 或溫度為35度時壓力為1 15兆帕的壓縮氣體，也可以是通常溫度下壓力為1 15兆帕 的液化氣體中當(dāng)下壓力為1 15兆帕的液化氣體、或壓力為1 15兆帕?xí)r溫度在35度以 下的液化氣體。本發(fā)明提供一種耐久性、抗蝕性佳，通過防止氣體泄漏來提高安全性，并降低對環(huán) 境的影響，降低制造成本，對于高壓氣體的制造、消費作出貢獻的高壓氣體容器用閥及高壓 氣體容器。


圖1是本發(fā)明實施方式的高壓氣體容器用閥的剖視圖。圖2是本發(fā)明實施方式的密封構(gòu)件的俯視圖。(符號說明)1高壓氣體容器、2閥、3閥體、4氣體流路、5閥芯、5b密封構(gòu)件、6閥座
具體實施例方式圖1所示的安裝于高壓氣體容器1的閥2包括安裝于高壓氣體容器1的閥體3 ； 形成于閥體3的氣體流路4 ；氣體流路4的開度變更用的閥芯5 ；用于承接閥芯5的閥座6 ； 以及操作機構(gòu)7。容器1中，作為高壓氣體，在本實施方式中填充有液化氨氣，但并不限定于此。在 本實施方式中，容器1的材質(zhì)采用不銹鋼，但沒有特殊限定。此外，作為優(yōu)選，除不銹鋼以夕卜，例如采用防銹性佳的調(diào)制錳鋼、鋁、鉻-鉬鋼等，研磨容器1的內(nèi)表面，防止微小異物的
產(chǎn)生。 在本實施方式中，閥體3為不銹鋼制，通過陽螺紋部3a安裝于高壓氣體容器1，并 通過陽螺紋3b安裝于氣體供給用配管(未圖示)。氣體流路4包括第一流路4a、第二流路4b及閥芯收納室4c。第一流路4a的一端 是與高壓氣體容器1的內(nèi)部連通的氣體導(dǎo)入口 4d，另一端與閥芯收納室4c連通，中途部與 泄流閥8連接。第二流路4b的一端是與氣體供給用配管連通的氣體排出口 4e，另一端與閥 芯收納室4c連通。氣體排出口 4e在閥體3與氣體供給用配管連接之前由與連接用螺紋部 3b螺合的蓋9封閉。閥芯5包括圓柱形的閥桿5a和安裝于閥桿5a的密封構(gòu)件5b，從形成于閥體3的 凹部3c插入閥芯收納室4c。閥桿5a例如為不銹鋼制。如圖2所示，密封構(gòu)件為環(huán)狀，并與 形成于閥桿5a的一端的環(huán)狀槽嵌合。閥座6由圍住閥體3的第一流路4a與閥芯收納室4c的連接口的環(huán)狀區(qū)域構(gòu)成。操作機構(gòu)7包括氣密狀封閉閥芯收納室4c與凹部3c之間的隔膜7a ；將閥芯5 按壓于隔膜7a的彈簧7b ；通過隔膜7a和隔板承接彈簧7b的彈力的桿7c ；安裝于桿7c的 手柄7d ；以及通過螺紋構(gòu)件安裝于閥體3的支承筒7e，桿7c與支承筒7e螺合。通過使手柄7d朝一個方向旋轉(zhuǎn)，使得旋入支承筒7e的桿7c將閥芯5按壓向閥座 6，密封構(gòu)件5b被按壓于閥座6，從而封閉氣體流路4。通過使手柄7d朝另一個方向旋轉(zhuǎn)， 解除桿7c對閥芯5朝閥座6的按壓，通過彈簧7b的彈力使與閥芯5 —起變位的密封構(gòu)件 5b從閥座6離開，從而打開氣體流路4。此外，手柄7d朝另一個方向的旋轉(zhuǎn)在氣體流路4 全部打開的一定位置處由于桿7c與形成于支承筒7e的限動器局部抵接而被限制。密封構(gòu)件5b為合成樹脂制，作為合成樹脂使用PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂中 的任意一個，作為工程塑料能使用市場銷售的材料。此外，密封構(gòu)件5b的材質(zhì)也可采用將 PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂中的兩個或全部混合的樹脂?；蛘?，也可采用多個環(huán)狀密封 構(gòu)件5b，并作為徑向尺寸彼此不同的構(gòu)件設(shè)置成同心狀，各材質(zhì)可從PEEK樹脂、PPS樹脂及 PES樹脂中任意選擇。總之，作為密封構(gòu)件5b的材質(zhì)，只要使用PEEK樹脂、PPS樹脂及PES 樹脂中的至少一個即可。此外，密封構(gòu)件的形狀并無限定，例如也可將圓板狀的密封構(gòu)件安 裝于閥芯。
實施例使用上述實施方式的閥2，作為實施例1、實施例2及比較例1進行以下的試驗，其 結(jié)果如以下的表1所示。實施例1將4個PEEK樹脂(日本Polypenco制PK-450)制密封構(gòu)件5b浸泡于液化氨中90 天，測定試驗前后的密封構(gòu)件5b的全長(沿閥芯5的移動方向的尺寸)、質(zhì)量，并使用高分 子儀器(株式會社)制“Asker橡膠(日文7 7力一 5 A )D型硬度計”測定表面硬度，此 夕卜，觀測外觀的變化。實施例2除密封構(gòu)件5b為PPS樹脂(東洋塑料精工制TPS-PPS(NS)-SC)制以外，進行與實施例1相同的試驗。比較例1除密封構(gòu)件5b為PCTFE樹脂制以外，進行與實施例1相同的試驗。表 1 從表1可知，密封構(gòu)件5b的膨脹小，實施例和比較例的全長變化率和質(zhì)量變化率 都小，在實施例1及實施例2中沒有發(fā)現(xiàn)浸泡到液化氨中以后的硬度變化，但是在比較例1 中存在硬度變化。此外，在實施例1及實施例2中沒有發(fā)現(xiàn)外觀發(fā)生變色，但在比較例1中 發(fā)現(xiàn)發(fā)生茶色變色。對發(fā)生茶色變色的比較例1的樹脂表面進行X線光電子分光分析(XPS 分析)后發(fā)現(xiàn)，由于氯(Cl)的脫離、氮化及氧化產(chǎn)生樹脂表面的變質(zhì)。由此，能確認實施例 的密封構(gòu)件5b保持樹脂的性質(zhì)，具有對氨的抗蝕性。此外，對PES樹脂(八十島口 ν- K制4100G)制的密封構(gòu)件5b也進行同樣的
試驗，并確認其對氨具有抗蝕性。使用上述實施方式的閥2，作為實施例3、實施例4、實施例5及比較例2進行以下 的試驗，其結(jié)果如以下的表2所示。實施例3將與實施例1中所使用的構(gòu)件相同的PEEK樹脂制密封構(gòu)件5b安裝于閥芯5，在沒 有加壓的狀態(tài)下，使手柄7d往復(fù)旋轉(zhuǎn)，并使氣體流路4以1次/分鐘的頻率進行5000次開 閉試驗，測定試驗前后的密封構(gòu)件5b的全長(沿閥芯5的移動方向的尺寸)、及使氣體流 路4從完全打開狀態(tài)到封閉狀態(tài)所需的手柄7d的旋轉(zhuǎn)角度。此外，由于在氣體流路4封閉 時，以一定的力將密封構(gòu)件5b按壓于閥座6，作用于手柄7d的轉(zhuǎn)矩為12N · m。
此外，為了確認封閉狀態(tài)的氣體流路4的氣密狀態(tài)，進行使用發(fā)泡性的漏氣測出液的方法和將減壓到真空狀態(tài)的高壓氣體容器置于氨氣環(huán)境中、檢測進入容器內(nèi)的氨氣的 方法。實施例4除密封構(gòu)件5b為PPS樹脂制以外，進行與實施例3相同的試驗。實施例5除密封構(gòu)件5b為PES樹脂制以外，進行與實施例3相同的試驗。比較例2除密封構(gòu)件5b為PCTFE樹脂制以外，進行與實施例3相同的試驗。表2 從表2可知，實施例與比較例中密封構(gòu)件5b的全長變化沒有大的差別，實施例 3 實施例5中使氣體流路4從完全打開狀態(tài)到封閉狀態(tài)所需的手柄7d的旋轉(zhuǎn)角度的變化 為34° 47°，而在比較例2中則增加到60°。這表示實施例3 5與比較例2相比，一 定的轉(zhuǎn)矩作用于手柄7d時的變形小。此外，可確認PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂制的密封構(gòu)件5b沒有損傷，也沒有 He氣體的泄漏，另一方面，可確認盡管PCTFE樹脂制的密封構(gòu)件5b沒有He氣體的泄漏，但 有微小的損傷。藉此，可確認即便實施例的密封構(gòu)件5b作用大的轉(zhuǎn)矩來封閉氣體流路4，仍 然具有足夠的機械強度，且耐久性優(yōu)良。使用上述實施方式的閥2，作為實施例6、實施例7及比較例3進行以下的試驗，其 結(jié)果如以下的表3所示。實施例6除密封構(gòu)件5b使用實施例1中浸泡于液化氨中90天的PEEK樹脂制的構(gòu)件以外， 進行與實施例3相同的試驗。
實施例7除密封構(gòu)件5b使用實施例2中浸泡于液化氨中90天的PPS樹脂制的構(gòu)件以外， 進行與實施例3相同的試驗。比較例3除密封構(gòu)件5b使用比較例1中浸泡于液化氨中90天的PCTFE樹脂制的構(gòu)件以外， 進行與實施例3相同的試驗。表 3 從表3可確認，盡管實施例6、實施例7中沒有氣體泄漏，但在比較例3中試驗后產(chǎn) 生氣體泄漏。此外，從實施例3、實施例4的改變量與實施例6、實施例7的改變量的比較， 以及比較例2與比較例3的改變量的比較可確認實施例的密封構(gòu)件5b相對于氨的可撓性 的降低小，起到了抗蝕性的效果。本發(fā)明并不限定于上述實施方式和實施例。例如，也可將環(huán)狀的密封構(gòu)件安裝于 閥座，不是閥芯而是閥座具有密封構(gòu)件。或者，閥芯和閥座雙方都具有密封構(gòu)件亦可，此種 情形下，封閉氣體流體時，閥芯的密封構(gòu)件按壓閥座，且閥座的密封構(gòu)件也按壓閥芯，也可 使密封構(gòu)件彼此相互按壓。此外，閥的種類并不限定于手動開閉閥，例如，可以是具有減壓 閥功能的閥，也可以是電動閥。
權(quán)利要求
一種高壓氣體容器用閥，包括安裝于高壓氣體容器的閥體；形成于所述閥體內(nèi)的氣體流路的開度變更用的閥芯；以及用于承接所述閥芯的閥座，所述閥芯和所述閥座中的至少一個具有合成樹脂制密封構(gòu)件，所述閥芯夾著所述密封構(gòu)件被按壓于所述閥座，從而封閉所述氣體流路，其特征在于，所述合成樹脂使用聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂及聚醚砜樹脂中的至少一個。
2.一種高壓氣體容器，其特征在于，安裝有權(quán)利要求1所述的閥。
3.如權(quán)利要求2所述的帶開閉閥的高壓氣體容器，其特征在于，作為高壓氣體填充有 液化氨氣。
全文摘要
一種高壓氣體容器用閥及高壓氣體容器，耐久性、抗蝕性佳，能防止氣體泄漏，并能降低制造成本，通過閥芯(5)改變形成于閥體(3)內(nèi)的氣體流路(4)的開度，其中閥體(3)安裝于高壓氣體容器(1)，閥芯(5)和閥座(6)中的至少一個具有合成樹脂制密封構(gòu)件(5b)，閥芯(5)夾著密封構(gòu)件(5b)被按壓于閥座(6)，從而封閉氣體流路(4)，作為合成樹脂使用聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂及聚醚砜樹脂中的至少一個。
文檔編號F16K25/00GK101846205SQ20101014408
公開日2010年9月29日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者木村聰, 福永敦夫 申請人:住友精化株式會社