(57)【要約】 【課題】  弁体を弁座に均一なシール力で接触させることができるシール性に勝れた真空バルブを得る。【解決手段】  ２つの主ポート１１，１２を結ぶ流路中の弁座１４を開閉するポペット式の弁体１５を、連結機構３を介して弁シャフト１７に取り付けると共に、この弁シャフト１７にピストン４２を取り付け、このピストン４２で上記弁体１５を開閉操作するようにした真空バルブにおいて、上記連結機構３により弁体１５に、弁シャフト１７の軸線に対して傾斜する方向の自由度を付与する。【選択図】        図１
2006329367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの主ポート間の流路を開閉するポペット式の弁体を備えた主弁部と、上記弁体を操作するピストンを備えたシリンダ部とからなり、
上記主弁部は、上記２つの主ポートがそれぞれ流路孔を通じて連通する弁室と、該弁室内において一方の主ポートに通じる流路孔の回りを取り囲むように位置する弁座と、該弁座を開閉するように弁室内に配設された上記弁体と、一端がこの弁体に連結機構を介して連結されると共に、他端が上記シリンダ部のピストンに連結された弁シャフトと、該弁シャフトに取り付けられたばね受けと、該ばね受けを介して上記弁体に弁座を閉じる方向のばね力を作用させる復帰ばねとを有し、
上記弁体には、上記連結機構により、上記弁シャフトの軸線に対して傾斜する方向の自由度が付与されている、
ことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
上記連結機構が、上記弁体に取り付けられた円筒状の連結金具と、上記弁シャフトの先端に形成されて該連結金具内に嵌合する円柱状の連結軸部と、これらの連結金具と連結軸部とを直径方向に貫通する連結孔と、該連結孔内に挿入されてこれらの連結軸部と連結金具とを連結する連結ピンとを有していて、上記連結金具と連結軸部との間、及び該連結軸部における連結孔と連結ピンとの間にそれぞれ、自由度を付与するためのクリアランスが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
上記弁シャフトにおける上記連結軸部に近接する位置の外周に、円環状をしたストッパリングが取り付けられ、また、上記ばね受けが中央孔を有していて、該中央孔により上記弁シャフトに軸線方向に移動自在なるように嵌め付けられ、上記ストッパリングに係止する位置が該ばね受けの弁シャフトに対する取付位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空バルブ。
【請求項４】
上記ばね受けが、上記連結ピンの脱落を防止する安全部材を兼ねていて、上記ストッパリングに係止する取付位置において上記連結ピンの軸方向両端面を取り囲むことにより、該連結ピンの軸方向への移動を規制するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置などの理化学機械においてワークに化学的処理を施すための真空チャンバーの減圧などに使用する真空バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造装置において、プロセスガスを用いて半導体基板上に成膜処理を施す場合、真空チャンバ内でその処理が行われる。その際、成膜処理に先立つ真空チャンバ内の減圧や、成膜反応中の該真空チャンバ内の真空圧の調整等に、例えば特許文献１に示すような真空バルブが使用される。
【０００３】
この種の真空バルブは、一般に、真空チャンバと真空ポンプとに接続される２つの主ポートを有していて、これらの主ポートを結ぶ流路中の弁座をポペット式の弁体で開閉するように構成されている。また、上記弁体は弁シャフトの先端に取り付けられ、該弁シャフトの後端部にはピストンが取り付けられ、このピストンで弁シャフトを駆動することにより上記弁体が開閉操作されるようになっている。
【特許文献１】特開平８−２８５１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の真空バルブにおいて重要なことは、反応性の強い危険なプロセスガスを使用するため、閉弁時即ち弁体で弁座を閉じたときのガス漏れを極力防止できるようにするということである。
ところが、バルブ製造時の各部品の加工精度や組立精度との関係で、上記弁シャフトと弁体との間に微小な傾き（ぶれ）が発生することがあり、このような傾きが発生すると、閉弁時に弁体が弁座に片当たりし、弁座全周にわたって均一なシール力が得られない場合があり、このような場合にガス漏れを生じ易い。
【０００５】
そこで本発明の目的は、閉弁時に弁体を弁座全周にわたって常に均一なシール力で接触させることができる、シール性に勝れた真空バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の真空バルブは、２つの主ポート間の流路を開閉するポペット式の弁体を備えた主弁部と、上記弁体を操作するピストンを備えたシリンダ部とからなっていて、上記主弁部が、上記２つの主ポートがそれぞれ流路孔を通じて連通する弁室と、該弁室内において一方の主ポートに通じる流路孔の回りを取り囲むように位置する弁座と、該弁座を開閉するように弁室内に配設された上記弁体と、一端がこの弁体に連結機構を介して連結されると共に、他端が上記シリンダ部のピストンに連結された弁シャフトと、該弁シャフトに取り付けられたばね受けと、該ばね受けを介して上記弁体に弁座を閉じる方向のばね力を作用させる復帰ばねとを有し、上記弁体には、上記連結機構により、上記弁シャフトの軸線に対して傾斜する方向の自由度が付与されている。
【０００７】
本発明において好ましくは、上記連結機構が、弁体に取り付けられた円筒状の連結金具と、上記弁シャフトの先端に形成されて該連結金具内に嵌合する円柱状の連結軸部と、これらの連結金具と連結軸部とを直径方向に貫通する連結孔と、該連結孔内に挿入されてこれらの連結軸部と連結金具とを連結する連結ピンとを有していて、上記連結金具と連結軸部との間、及び該連結軸部における連結孔と連結ピンとの間にそれぞれ、自由度を付与するためのクリアランスが形成されていることである。
【０００８】
また、本発明においては、上記弁シャフトにおける上記連結軸部に近接する位置の外周に、円環状をしたストッパリングが取り付けられ、また、上記ばね受けが中央孔を有していて、該中央孔により上記弁シャフトに軸線方向に移動自在なるように嵌め付けられ、上記ストッパリングに係止する位置が該ばね受けの弁シャフトに対する取付位置であることが望ましい。
【０００９】
さらに、本発明において好ましくは、上記ばね受けが、上記連結ピンの脱落を防止する安全部材を兼ねていて、上記ストッパリングに係止する取付位置において上記連結ピンの軸方向両端面を取り囲むことにより、該連結ピンの軸方向への移動を規制するように構成されていることである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弁体が弁シャフトに傾斜方向の自由度を持って取り付けられているため、これらの弁シャフトと弁体との間の傾きがこの自由度によって吸収され、閉弁時に弁体が弁座全周に常に均一なシート力で接触することができ、この結果、ガス漏れが発生しにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図３は本発明に係る真空バルブの一実施形態を示すものである。このバルブは、流路中の弁座１４を開閉するポペット式の弁体１５を備えた主弁部１と、上記弁体１５を操作するシリンダ部２とを有していて、これらの主弁部１とシリンダ部２とが、バルブの中心軸線Ｌに沿って直列に結合されている。
【００１２】
上記主弁部１は、実質的に角柱状又は円柱状をした中空のバルブハウジング１０を有している。このバルブハウジング１０は、ステンレスなどの高耐食性素材からなるもので、真空チャンバー及び真空ポンプの一方に接続するための第１主ポート１１と他方に接続するための第２主ポート１２とを有している。上記第１主ポート１１は、バルブハウジング１０の軸線Ｌ方向の一端側に該軸線Ｌに沿う方向に開口し、第２主ポート１２は、バルブハウジング１０の側面に上記軸線Ｌと直交する方向に開口している。
【００１３】
上記バルブハウジング１０の内部には、上記第１主ポート１１に通じる第１流路孔１１ａと、上記第２主ポート１２に通じる第２流路孔１２ａと、これらの流路孔１１ａ，１２ａが連通する弁室１３とが形成されていて、上記第１流路孔１１ａの端部の該弁室１３内に開口する部分に、その開口部を同心状に取り囲む円環状の上記弁座１４が形成されている。また、上記弁室１３の内部には、この弁座１４を開閉するポペット式の上記弁体１５が、該弁座１４と同心状に配設されている。この弁体１５は、円形のディスク形をしていて、その先端面１５ａの外周端寄りの位置に、上記弁座１４に接離する円環形をした合成ゴムなどの弾性部材からなる弁シール部材１６が取り付けられている。
【００１４】
上記弁体１５の背面中央部には、円柱状をした弁シャフト１７の下端部が、傾き方向の自由度を付与するための連結機構３を介して連結されている。この弁シャフト１７は、バルブハウジング１０の内部を上記軸線Ｌに沿って延びていて、主弁部１とシリンダ部２とを区画する隔壁１８の中央部に取り付けられた円筒状のシャフトガイド１９の内部を摺動自在に貫通し、上端部が上記シリンダ部２のピストン室４１内に延出してピストン４２に連結されている。図中２０は、上記弁シャフト１７とシャフトガイド１９との間をシールするシール部材、２１は該弁シャフト１７の摺動をガイドするスクレーパ兼用のウエアリングである。
【００１５】
上記連結機構３による弁体１５と弁シャフト１７との連結の態様は次の通りである。即ち、上記弁体１５の背面中央部には、内周面に雌ねじ２２ａを備えた円形の凹部２２が形成されていて、この凹部２２に連結金具２３が取り付けられている。この連結金具２３は円筒形をしていて、基端部外周面に雄ねじ２３ａを有し、この雄ねじ２３ａを上記凹部２２の雌ねじ２２ａにねじ付けることにより、先端部を弁体１５の背面側に突出させた状態で取り外し可能に取り付けられている。一方、上記弁シャフト１７の下端部には、他の部分よりも小径をなす円柱状の連結軸部２４が形成され、この連結軸部２４が上記連結金具２３内に嵌合されると共に、これらの連結金具２３と連結軸部２４とを直径方向に貫通する連結孔２５ａ，２５ｂが形成され、この連結孔２５ａ，２５ｂ内に連結ピン２６を挿入することにより、これらの連結軸部２４と連結金具２３とが相互に連結されている。
【００１６】
そして、上記連結金具２３の内径を連結軸部２４の外径よりもクリアランス２７ａ分だけ大きく形成すると共に、該連結軸部２４における連結孔２５ａの内径を連結ピン２６の外径よりもクリアランス２７ｂ分だけ大きく形成することにより、上記連結金具２３と連結軸部２４との間及び連結孔２５ａ，２５ｂと連結ピン２６との間にそれぞれ形成される上記クリアランス２７ａ，２７ｂにより、上記弁体１５に、上記弁シャフト１７の軸線Ｌに対して傾斜する方向の自由度が付与されている。
【００１７】
上記連結金具２３は、上記弁シャフト１７の連結軸部２４に連結ピン２６で結合した状態のまま、弁体１５に対して相対的に回転させることにより、上記弁シャフト１７と共に該弁体１５から取り外すことができる。また、この連結金具２３は、上記連結ピン２６を抜き取ることにより、上記弁シャフト１７の連結軸部２４から取り外すことができる。
【００１８】
また、上記弁シャフト１７には、ばね受け３０が取り付けられると共に、このばね受け３０と上記隔壁１８との間にコイル状の復帰ばね３１が設けられ、この復帰ばね３１のばね力が、上記ばね受け３０を介して上記弁体１５に、上記弁座１４を閉じる方向に常時作用している。
【００１９】
上記ばね受け３０は円環状をなすもので、中央孔３２を有し、この中央孔３２で上記弁シャフト１７にその軸線Ｌ方向に移動自在なるように嵌め付けられ、該弁シャフト１７に取り付けられたストッパリング３３に中央孔３２の孔縁３２ａが係止することにより、決められた取付位置を占めるようになっている。上記ストッパリング３３は、金属などの硬質素材で円環状に形成されていて、弁シャフト１７の先端の上記連結軸部２４に近接する位置の外周に形成された取付溝３４内に固定的に嵌め付けられ、必要であれば弁シャフト１７から取り外せるようになっている。そして、弁シャフト１７からこのストッパリング３３を取り外すと共に、上記連結ピン２６を抜いて連結金具２３を取り外すことにより、上記ばね受け３０を該弁シャフト１７から簡単に抜き取ることができる。
このように、上記ばね受け３０を弁シャフト１７にストッパリング３３で取り付ける方法は、ねじ込み方式に比べて構成が簡単で、組立やメンテナンス時の分解も容易であり、ねじの緩みといった問題も生じることがない。
【００２０】
上記ばね受け３０はまた、上記連結機構３における連結ピン２６の脱落を防止するための安全部材と、上記弁体１５が弁座１４を全開した時の最大開放位置を規定するストッパとを兼ねるものである。
即ち、上記ばね受け３０の中心孔３２の一部には、拡大孔部３２ｂが形成されていて、この拡大孔部３２ｂが、上記ばね受け３０が上記ストッパリング３３に係止する取付位置にあるときに上記連結ピン２６の軸方向両端面の少なくとも一部を取り囲み、連結ピン２６の軸方向への移動を規制するようになっており、これにより、該ばね受け３０が安全部材として機能するように構成されている。
また、上記弁シャフト１７が上昇して弁体１５が弁座１４を全開した時、上記ばね受け３０が上記シャフトガイド１９の下端に当接して弁シャフト１７即ち弁体１５をその位置に停止させることにより、ストッパとして機能するようになっている。
【００２１】
さらに、上記弁室１３内には、上記弁シャフト１７とばね受け３０及び復帰ばね３１の回りを取り囲むように伸縮自在のベローズ３５が設けられている。このベローズ３５は、金属等の耐食性素材で形成されたもので、その一端は上記弁体１５の背面に結合され、他端は円環状の支持金具３６に結合され、この支持金具３６が上記バルブハウジング１０と隔壁１８との間に挟持されている。このベローズ３５は、上記弁体１５の開閉に伴って伸縮するが、その伸縮を可能にするため、該ベローズ３５の内側空間は、上記隔壁１８及びシリンダハウジング４０に形成された呼吸孔３７を通じて外部に開放されている。
【００２２】
そして上記ベローズ３５は、図３に示すように、その両端に結合された上記弁体１５及び支持金具３６と共にベローズアセンブリ４を構成しており、反応生成物の付着や腐食等によって上記ベローズ３５を交換する必要が生じた場合には、弁体１５から上記連結金具２３を取り外すと共に、支持金具３６をバルブハウジング１０と隔壁１８との間から取り外すことにより、このベローズアセンブリ４を簡単に取り外すことができるようになっている。
【００２３】
上記シリンダ部２は、上記バルブハウジング１０に同軸状に結合された上記シリンダハウジング４０を有している。このシリンダハウジング４０は、上記バルブハウジング１０と同じ四角柱状又は円柱状をしていて、内部に上記ピストン室４１を有し、このピストン室４１内に上記ピストン４２がシール部材４３を介して軸線方向に摺動自在に収容され、該ピストン４２に上記弁シャフト１７が連結されている。図中４４は、これらのピストン４２と弁シャフト１７との間をシールするシール部材である。
【００２４】
上記ピストン４２と上記隔壁１８との間には圧力室４５が形成され、該圧力室４５が、上記シリンダハウジング４０の側面に開口するパイロットポート４６に連通している。また、上記ピストン４２の背面側の空間４７は蓋板４８で覆われているが、該蓋板４８に形成された開口４８ａを通じて外部に開放している。
【００２５】
そして、上記パイロットポート４６を外部に開放して上記圧力室４５を排気状態にすると、図１の左半部に示すように、復帰ばね３１のばね力によって弁体１５が弁座１４に押し付けられ、弁シール部材１６によって該弁座１４が閉鎖される。このとき、上記弁体１５には、連結機構３によって傾斜方向の自由度が与えられているため、該弁体１５と弁シャフト１７との間の傾きはこの自由度によって吸収され、該弁体１５即ち弁シール部材１６が弁座１４に全周にわたって均一な力で押し付けられることになる。このため、該弁座が確実にシールされてガス漏れが発生しにくい。
【００２６】
一方、上記パイロットポート４６から圧力室４５にパイロットエアを供給すると、図１の右半部に示すように、ピストン４２が上昇することによって弁シャフト１７及び弁体１５が引き上げられ、弁シール部材１６が弁座１４から離れて該弁座１４が開放する。そして、上記ばね受け３０が上記シャフトガイド１９の下端に当接することにより、上記弁シャフト１７即ち弁体１５がその位置に停止して最大開放位置が規定される。
【００２７】
上記ピストン４２は、ストッパリング５０と係止金具５１とによって上記弁シャフト１７に取り付けられている。即ち、該弁シャフト１７には、上記ピストン４２の背面側におけるシャフト端部寄りの位置に、円環状をした上記係止金具５１が該弁シャフト１７に沿って移動自在なるように嵌め付けられると共に、該係止金具５１よりもシャフト端部寄りの位置に、金属などの硬質素材からなる円環状の上記ストッパリング５０が固定的に嵌着され、このストッパリング５０に係止する上記係止金具５１にピストン４２の背面を当接させて係止させることにより、該ピストン４２が弁シャフト１７に取り付けられている。従って、上記ストッパリング５０を取り外すことにより、上記係止金具５１及びピストン４２を弁シャフト１７から抜き取ることができる。
このようなピストン４２の弁シャフト１７に対する取付構造は、ナットで固定する方法に比べて簡単で、組立やメンテナンス時の分解が容易であり、動作時のねじの緩みも生じにくいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る真空バルブの実施形態を示す断面図であって、左半部は全閉状態を示し、右半部は全開状態を示すものである。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】ベローズアセンブリ４の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      主弁部
２      シリンダ部
３      連結機構
１１      第１主ポート
１２      第２主ポート
１３      弁室
１４      弁座
１５      弁体
１７      弁シャフト
２３      連結金具
２４      連結軸部
２５ａ，２５ｂ      連結孔
２６      連結ピン
２７ａ，２７ｂ      クリアランス
３０      ばね受け
３１      復帰ばね
３２      中央孔
３３      ストッパリング
４２      ピストン
【図１】
2006329367.tif 000003
【図２】
2006329367.tif 000004
【図３】
2006329367.tif 000005