高壓氣體容器用閥及高壓氣體容器的製作方法

2023-10-31 22:17:37

專利名稱：高壓氣體容器用閥及高壓氣體容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝於高壓氣體容器的閥，並涉及一種安裝有該閥的高壓氣體容器。
背景技術：
例如，為了供給半導體製造過程中使用的氣體，使用安裝有閥的高壓氣體容器。由 於這種氣體多是對人體、設備造成損傷的毒性強的氣體，因此需要採取防止微小的洩漏，確 保安全性，對環境不造成影響的措施。因此，高壓氣體容器用閥包括安裝於高壓氣體容器 的閥體；形成於該閥體內的氣體流路的開度變更用的閥芯；以及用於承接該閥芯的閥座， 該閥芯和閥座中的至少一個具有合成樹脂制密封構件，閥芯夾著密封構件被按壓於閥座， 以此封閉氣體流路。由於合成樹脂制密封構件具有變形性，因此，即便萬一微小的異物混入 氣體流路或發生微小的損傷等，也能防止氣體的洩漏。作為構成這種密封構件的合成樹脂，一般使用聚三氟氯乙烯(PCTFE)樹脂。考慮 到由於PCTFE樹脂的硬度適應性、加工性優良，此外，對於多種氣體不會產生膨脹、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，由於物理強度降低和膨脹等造成密封性能降低。因此，提出密封構件採用聚偏氟乙烯 (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樹脂存在由於連續使用溫度為150°C，在將高壓容器內 部洗淨後進行加溫乾燥時軟化的問題，此外還存在由於酮、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，製造成本增加。此外，最近可知在PCTFE樹脂作為氨氣容器用閥的密封構件使用的情形下，長期 使用時，在該密封構件發現裂縫或剝離，需要提高安全性的改善。

發明內容
本發明的目的在於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。應用本發明的高壓氣體容器用閥包括安裝於高壓氣體容器的閥體；形成於上述 閥體內的氣體流路的開度變更用的閥芯；以及用於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件，上述閥芯夾著上述密封構件被按壓於上述閥 座，從而封閉上述氣體流路。
本發明的高壓氣體容器用閥的特徵是，上述合成樹脂使用聚醚醚酮(PEEK)樹脂、聚苯硫醚(PPS)樹脂及聚醚碸(PES)樹脂中的至少一個。其中，優選方案是使用PEEK樹脂、PES樹脂，進一步優選方案是使用PEEK樹脂。現有的使用PCTFE樹脂制密封構件的閥中，PCTFE樹脂的柔軟性降低，在高壓作用 下，密封構件產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洩漏的原因之 一。在此，本案發明人經過專心研究發現，作為密封構件的材料，通過使用PEEK樹脂、PPS 樹脂及PES樹脂中的至少一個而具有優良的密封性能，從而產生了本發明。此外，PEEK樹 月旨、PPS樹脂及PES樹脂比PVDF樹脂的連續使用溫度高，不會出現在洗淨高壓容器內部後 進行加溫乾燥時軟化這樣的情形，此外，也不會出現由於酮、醚這樣的極性溶劑或胺引起軟 化、溶解的問題，而且，比PTFE樹脂更易於加熱流動，能射出成形或擠壓成形，適於量產。本發明的高壓氣體容器的特徵是安裝有本發明的高壓氣體容器用閥。本發明的高 壓氣體容器中，即便在高壓的作用下，密封構件也不會產生裂縫、破壞，能維持密封性能，防 止氣體的洩漏。本案發明人發現，作為密封構件的材料，通過使用PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂 中的至少一個，從而發揮對氨的優良的抗蝕性，且柔軟性的降低小，耐久性佳。因此，本發明 的高壓氣體容器中，作為高壓氣體尤其適於填充液化氨氣。藉此，能防止氣體從填充有氨氣 的高壓氣體容器洩漏。此外，填充於本發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 的液化氣體中當下壓力為1 15兆帕的液化氣體、或壓力為1 15兆帕時溫度在35度以 下的液化氣體。本發明提供一種耐久性、抗蝕性佳，通過防止氣體洩漏來提高安全性，並降低對環 境的影響，降低製造成本，對於高壓氣體的製造、消費作出貢獻的高壓氣體容器用閥及高壓 氣體容器。


圖1是本發明實施方式的高壓氣體容器用閥的剖視圖。圖2是本發明實施方式的密封構件的俯視圖。(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密封構件、6閥座
具體實施例方式圖1所示的安裝於高壓氣體容器1的閥2包括安裝於高壓氣體容器1的閥體3 ； 形成於閥體3的氣體流路4 ；氣體流路4的開度變更用的閥芯5 ；用於承接閥芯5的閥座6 ； 以及操作機構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，但並不限定於此。在 本實施方式中，容器1的材質採用不鏽鋼，但沒有特殊限定。此外，作為優選，除不鏽鋼以夕卜，例如採用防鏽性佳的調製錳鋼、鋁、鉻-鉬鋼等，研磨容器1的內表面，防止微小異物的
產生。 在本實施方式中，閥體3為不鏽鋼製，通過陽螺紋部3a安裝於高壓氣體容器1，並 通過陽螺紋3b安裝於氣體供給用配管(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的內部連通的氣體導入口 4d，另一端與閥芯收納室4c連通，中途部與 洩流閥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包括圓柱形的閥杆5a和安裝於閥杆5a的密封構件5b，從形成於閥體3的 凹部3c插入閥芯收納室4c。閥杆5a例如為不鏽鋼製。如圖2所示，密封構件為環狀，並與 形成於閥杆5a的一端的環狀槽嵌合。閥座6由圍住閥體3的第一流路4a與閥芯收納室4c的連接口的環狀區域構成。操作機構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 按壓於隔膜7a的彈簧7b ；通過隔膜7a和隔板承接彈簧7b的彈力的杆7c ；安裝於杆7c的 手柄7d ；以及通過螺紋構件安裝於閥體3的支承筒7e，杆7c與支承筒7e螺合。通過使手柄7d朝一個方向旋轉，使得旋入支承筒7e的杆7c將閥芯5按壓向閥座 6，密封構件5b被按壓於閥座6，從而封閉氣體流路4。通過使手柄7d朝另一個方向旋轉， 解除杆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在氣體流路4 全部打開的一定位置處由於杆7c與形成於支承筒7e的限動器局部抵接而被限制。密封構件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，密封構件5b的材質也可採用將 PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂中的兩個或全部混合的樹脂。或者，也可採用多個環狀密封 構件5b，並作為徑向尺寸彼此不同的構件設置成同心狀，各材質可從PEEK樹脂、PPS樹脂及 PES樹脂中任意選擇。總之，作為密封構件5b的材質，只要使用PEEK樹脂、PPS樹脂及PES 樹脂中的至少一個即可。此外，密封構件的形狀並無限定，例如也可將圓板狀的密封構件安 裝於閥芯。
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)制密封構件5b浸泡於液化氨中90 天，測定試驗前後的密封構件5b的全長(沿閥芯5的移動方向的尺寸)、質量，並使用高分 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，密封構件5b的膨脹小，實施例和比較例的全長變化率和質量變化率 都小，在實施例1及實施例2中沒有發現浸泡到液化氨中以後的硬度變化，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中沒有發現外觀發生變色，但在比較例1中 發現發生茶色變色。對發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)後發現，由於氯(Cl)的脫離、氮化及氧化產生樹脂表面的變質。由此，能確認實施例 的密封構件5b保持樹脂的性質，具有對氨的抗蝕性。此外，對PES樹脂(八十島口 ν- K制4100G)制的密封構件5b也進行同樣的
試驗，並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中所使用的構件相同的PEEK樹脂制密封構件5b安裝於閥芯5，在沒 有加壓的狀態下，使手柄7d往復旋轉，並使氣體流路4以1次/分鐘的頻率進行5000次開 閉試驗，測定試驗前後的密封構件5b的全長(沿閥芯5的移動方向的尺寸)、及使氣體流 路4從完全打開狀態到封閉狀態所需的手柄7d的旋轉角度。此外，由於在氣體流路4封閉 時，以一定的力將密封構件5b按壓於閥座6，作用於手柄7d的轉矩為12N · m。
此外，為了確認封閉狀態的氣體流路4的氣密狀態，進行使用發泡性的漏氣測出液的方法和將減壓到真空狀態的高壓氣體容器置於氨氣環境中、檢測進入容器內的氨氣的 方法。實施例4除密封構件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從完全打開狀態到封閉狀態所需的手柄7d的旋轉角度的變化 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 定的轉矩作用於手柄7d時的變形小。此外，可確認PEEK樹脂、PPS樹脂及PES樹脂制的密封構件5b沒有損傷，也沒有 He氣體的洩漏，另一方面，可確認儘管PCTFE樹脂制的密封構件5b沒有He氣體的洩漏，但 有微小的損傷。藉此，可確認即便實施例的密封構件5b作用大的轉矩來封閉氣體流路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 結果如以下的表3所示。實施例6除密封構件5b使用實施例1中浸泡於液化氨中90天的PEEK樹脂制的構件以外， 進行與實施例3相同的試驗。
實施例7除密封構件5b使用實施例2中浸泡於液化氨中90天的PPS樹脂制的構件以外， 進行與實施例3相同的試驗。比較例3除密封構件5b使用比較例1中浸泡於液化氨中90天的PCTFE樹脂制的構件以外， 進行與實施例3相同的試驗。表 3 從表3可確認，儘管實施例6、實施例7中沒有氣體洩漏，但在比較例3中試驗後產 生氣體洩漏。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件5b相對於氨的可撓性 的降低小，起到了抗蝕性的效果。本發明並不限定於上述實施方式和實施例。例如，也可將環狀的密封構件安裝於 閥座，不是閥芯而是閥座具有密封構件。或者，閥芯和閥座雙方都具有密封構件亦可，此種 情形下，封閉氣體流體時，閥芯的密封構件按壓閥座，且閥座的密封構件也按壓閥芯，也可 使密封構件彼此相互按壓。此外，閥的種類並不限定於手動開閉閥，例如，可以是具有減壓 閥功能的閥，也可以是電動閥。
權利要求
一種高壓氣體容器用閥，包括安裝於高壓氣體容器的閥體；形成於所述閥體內的氣體流路的開度變更用的閥芯；以及用於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件，所述閥芯夾著所述密封構件被按壓於所述閥座，從而封閉所述氣體流路，其特徵在於，所述合成樹脂使用聚醚醚酮樹脂、聚苯硫醚樹脂及聚醚碸樹脂中的至少一個。
2.一種高壓氣體容器，其特徵在於，安裝有權利要求1所述的閥。
3.如權利要求2所述的帶開閉閥的高壓氣體容器，其特徵在於，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，能防止氣體洩漏，並能降低製造成本，通過閥芯(5)改變形成於閥體(3)內的氣體流路(4)的開度，其中閥體(3)安裝於高壓氣體容器(1)，閥芯(5)和閥座(6)中的至少一個具有合成樹脂制密封構件(5b)，閥芯(5)夾著密封構件(5b)被按壓於閥座(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碸樹脂中的至少一個。
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 優先權日2009年3月25日
發明者木村聰, 福永敦夫 申請人:住友精化株式會社