(57)【要約】【課題】精密にガス流量を調整し、摩耗量が少なく、モータ軸にかかる荷重が小さな開度調整バルブを提供することである。【解決手段】ボディ２と、ケーシング１０と、ステム８と、モータ９と、伝達手段とを備えている開度調整バルブであって、伝達手段は、出力軸９ａに挿通されて固定されたベアリング保持体１４と、ベアリング保持体１４とモータ９との間に介在された第１のスラストベアリング１５と、ベアリング保持体１４とステム８との間に介在された第２のスラストベアリング１６とを備えている。出力軸９ａとステム８とは、平行で所定の距離離れている。第２のスラストベアリング１６のステム８と接する面は、モータ９の出力軸９ａに直交する平面に対して傾斜させられ、第２のスラストベアリング１６のボディ側の軌道盤１６ｃは、ステム８と当接した状態を保ちベアリング保持体１４に連れられて回転することがないから、摩耗によるコンタミネーション問題が発生することがない。【選択図】図１
2019148294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路が設けられたボディと、該ボディと連設されたケーシングと、該ボディ内に配置されかつ往復運動することによって弁体を介して前記流体通路を開閉するステムと、前記ケーシング内に出力軸が突出するように設けられた回転駆動手段と、前記ケーシング内に設けられて前記回転駆動手段の回転を直線運動に変換して前記ステムに伝達する伝達手段とを備えている開度調整バルブであって、
前記伝達手段は、
前記回転駆動手段の出力軸に挿通されて固定されたベアリング保持体と、
前記ベアリング保持体と前記回転駆動手段との間に介在された第１のスラストベアリングと、
前記ベアリング保持体と前記ステムとの間に介在された第２のスラストベアリングとを備え、
前記第１及び第２のスラストベアリングは、一対の軌道盤と、当該一対の軌道盤の間に配された転動体とを有するスラストベアリングとされ、
前記ベアリング保持体は、第１のスラストベアリングとの当接面が前記駆動軸と直交する面と平行で第２のスラストベアリングと当接する面が前記駆動軸と直交する面に対して傾斜し、
前記ステムは、前記出力軸と平行に配設され一端が前記第２のスラストベアリングの軌道盤と当接する開度調整バルブ。
【請求項２】
前記モータの出力軸の軸方向の遊びであるエンドプレーの範囲内で、前記第１のスラストベアリングの転動体が前記第１のスラストベアリングのモータ側の軌道盤に当接するように前記ベアリング保持体が、前記出力軸に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の開度調整バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボディ内に設けられた流体通路を開放または遮断して、同通路を流れる流体を制御する開度調整に関し、特に、伝達手段として傾斜したベアリングを利用するようにした傾斜ベアリング型の開度調整バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のカムを使ったガス流弁は、高圧ガスクロマトグラフィ、分留および半導体ウェーハの製造等のための高精度・小流量の用途での使用を目的とするものである。例えば、半導体製品を製造するエピタキシャルリアクタ内でのガス流管理においては、電気を伝導する度合いを決める基板面に打ち込まれる不純物を非常に精密にコントロールしなければならない。このような精密にコントロールされたガス流を用いることで複雑な回路が半導体ウェーハ中に埋込まれる。
【０００３】
このような工程は、一般に、エピタキシャルリアクタとして良く知られた高温オーブン内で化学蒸着（ＣＶＤ）により行なわれる。あらゆる場合において、種々の層が、ガス状材料から蒸着により堆積される。蒸着を制御するため、そして、基板表面上に形成される層の成長をより正確に制御するためには、基板上を流れる選択ガスの流量、および暴露時間等を入念に制御しなければならない。この工程を迅速かつ正確に達成できる度合いが、歩留りを大幅に向上させ、これにより半導体製品の製造コストを低減する。特許文献１に記載の弁（図４（ａ）参照）は、精密にガス流量を調整するために発明されたものである。
【０００４】
モータ１１２の駆動軸１２４にはキャップ１２８が設けられ、キャップ１２８の下面にはカム面１３０が形成されている（図４（ｂ）参照）。カム面１３０は、カム回転軸線を形成する軸線１２６にほぼ垂直であるが、図４（ｂ）に示すように、カム面１３０は回転軸線１２６に対して１．５°だけわずかに傾斜している。内部キャビティ１５０は、往復運動可能なプランジャすなわちピストン１５６を受け入れ、このピストン１５６の遠位端にはダイヤフラム１２２と接触する作用面１５８が設けられている。ピストン１５６の他端には、ボール１６２を受け入れるためのテーパ状ボア１６０が設けられている。ボール１６２は、接触点１７０でカム面１３０と接触している。
【０００５】
参照番号１７２で示す方向に駆動軸１２４を１８０°回転させると、ボール１６２およびピストン１５６が図４の位置から上方に移動される。駆動軸１２４をさらに回転させると、ピストン１５６は下方に移動し始める。このように、ピストン１５６の作用端１５８は、駆動軸１２４の回転方向および回転度合いに従って、ダイヤフラム１２２を押圧しまたは押圧力を低下させ、ガス流量を精密にコントロールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０７４０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のガス流弁では、ボール１６２が転がらず擦れるため、ボール１６２やテーパ状ボア１６０の表面が摩耗する構造となっている。摩耗粒子がガス流に流入してしまうとコンタミネーションとなり、歩留まり低下の原因となる。さらに、ボール１６２の摩耗が一定量以上になると、摩擦係数の増大によって焼き付きなどが発生してボール１６２が動かなくなり、ガス流弁が機能しなくなる。
【０００８】
駆動軸１２４に固定したキャップ１２８の下面はカム面１３０となっている。このカム面１３０によってピストン１５６を荷重３０〜４０ｋｇで押圧する。この大きな荷重をモータの駆動軸１２４だけで受けているので、軸（スラスト）方向にかかる押圧力は、モータの駆動軸１２４だけで受け止める構造となっている。
【０００９】
モータ軸にかけられることができるスラスト耐荷重は、一般にモータの自重程度であり、ガス流弁などで使用されるモータでは数１００ｇ程度が限界である。これよりも過大な荷重が駆動軸１２４にかかるとモータの軸を適正な位置に保持できず、また、同時にカム面が、３０乃至４０ｋｇｆ程度の荷重が直接受けることでモータ軸先端に過大なラジアル荷重が加わりモータ軸が反ることによって軸折れ等につながりモータの破損の原因となる。
【００１０】
この発明の目的は、精密にガス流量を調整することができる開度調整バルブであって、バルブ内部で発生する摩耗量が少なく、かつ、モータ軸にかかる軸方向荷重が小さい開度調整バルブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明（１）による開度調整バルブは、流体通路が設けられたボディと、ボディと連設されたケーシングと、ボディ内に配置されかつ往復運動することによって弁体を介して流体通路を開閉するステムと、ケーシング内に出力軸が突出するように設けられた回転駆動手段と、ケーシング内に設けられて前記回転駆動手段の回転を直線運動に変換して前記ステムに伝達する伝達手段とを備えている開度調整バルブであって、伝達手段は、回転駆動手段の出力軸に挿通されて固定されたベアリング保持体と、ベアリング保持体と回転駆動手段との間に介在された第１のスラストベアリングと、ベアリング保持体とステムとの間に介在された第２のスラストベアリングとを備え、第１及び第２のスラストベアリングは、一対の軌道盤と、当該一対の軌道盤の間に配された転動体とを有するスラストベアリングとされ、ベアリング保持体は、第１のスラストベアリングとの当接面が駆動軸と直交する面と平行で第２のスラストベアリングと当接する面が駆動軸と直交する面に対して傾斜し、ステムは、出力軸と平行に配設され一端が第２のスラストベアリングの軌道盤と当接することを特徴としている。
【００１２】
本開度調整バルブは、ボディと、ケーシングと、ステムと、モータと、伝達手段とを主要な構成要素として備えており、伝達手段に主たる特徴を有している。伝達手段は、第１のスラストベアリング、第２のスラストベアリングおよびベアリング保持体を有している。
【００１３】
ベアリング保持体は、モータの出力軸に挿通されて固定されている。第１のスラストベアリングは、ベアリング保持体とモータとの間に介在されており、第２のスラストベアリングベアリングは、ベアリング保持体とステムとの間に介在されて備えられている。
【００１４】
第１のスラストベアリングは、一対の軌道盤と、当該一対の軌道盤の間に配された転動体とを有するスラストベアリングであり、第２のスラストベアリングは、一対の軌道盤と、当該一対の道盤の間に配された転動体とを有し、前記ステムと接する面は、モータの出力軸に直交する平面に対して傾斜させられている。
【００１５】
出力軸とステムとは、平行で所定の距離離れて配置されている。そして、ステムと当接する第２のスラストベアリングのボディ側軌道盤は、スラストベアリングを利用して回転しているので、出力軸の回転によって回転することがなく、回転による摺動部分の摩耗が一切発生することがない。
【００１６】
第２のスラストベアリングのステムと接する面は、モータの出力軸に直交する平面に対して傾斜させられているので、例えば、所定の角度αだけ傾いていると、ステムが動くストロークは２Ｒｓｉｎα（ここで、Ｒは第２のスラストベアリングのボディ側の軌道盤とステムの接触点から出力軸の中心軸までの距離である。）となる。このストロークは、モータ出力軸を角度０°〜１８０°の間において細かいピッチで回転させることによって精密にコントロールされるので、流体の流す流量を非常に精密に調整することができる。
【００１７】
また、第１のスラストベアリングおよび第２のスラストベアリングは、スラストベアリングとして機能するので、転動体である玉と軌道盤との間で発生する摩耗はなく、また、第２のスラストベアリングとステムとは摺動することがないので、従来の流量弁のような摩耗粉が流体に流れ込むことをなくすことができる。さらに、ステムにかかるステム軸方向荷重を、これらのスラストベアリングで受け止めるので、回転駆動手段（モータ等）の出力軸にかかる荷重を皆無とすることができる。
【００１８】
本発明（２）の開度調整バルブは、本発明（１）の開度調整バルブであって、モータの出力軸の軸方向の遊びであるエンドプレーの範囲内で、前記第１のスラストベアリングの転動体が前記第１のスラストベアリングのモータ側の軌道盤に当接するように前記ベアリング保持体が、前記出力軸に固定されていることを特徴としている。
【００１９】
電動モータでは、モータ軸（出力軸）がスラスト方向に移動するあそびを有している。またモータは一般に予圧ばねにより軸受部に予圧をかけているので、予圧量以上のスラスト荷重がかかると、軸がモータ内側に向けて移動するようになっている。
【００２０】
前記第１のスラストベアリングの転動体が前記第１のスラストベアリングのモータ側の軌道盤に当接する状態において、前記ベアリング保持体が、前記出力軸に固定されている位置がエンドプレーの範囲内にあるので、前記第２のスラストベアリングのボディ側の軌道盤をモータ側に付勢しても、その付勢された力は、第１のスラストベアリングのモータ側の軌道盤で受け止められるので、モータには付勢力はかからない。これによって、モータが破損することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による開度調整バルブの実施例の一部切欠きの縦断面図であり、ステムが最も下方向に移動した状態を示している。
【図２】同実施例の開度調整バルブの実施例の一部切欠きの縦断面図であり、ステムが最も上方向に移動した状態を示している。
【図３】同実施例の回転角度と変位量との関係を示す図である。
【図４】従来のカム作動弁を示し、（ａ）は一部切欠きの断面図、（ｂ）はカムの形状を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳しく説明する。便宜的に図面上での方向によって部位等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
図１は、この発明のこの発明による開度調整バルブ１の実施例の縦断面図を示しており、ステムが最も下方向に移動した状態を示している。
【００２３】
流体通路２ａ，２ｂが備えられたボディ２は、上方に突出した筒状突起部１１を有し、筒状突起部１１の内部には凹部が形成され、この凹部の内部にボンネット６が挿入され、ボンネット６の上部には貫通孔６ｂを有する天井部６ｃが形成されている。
【００２４】
筒状突起部１１とボンネットナット１２とは、ねじ接合によって固定されている。ボンネットナット１２の上面には、貫通孔１２ｂがあけられて、ボンネット６の天井部６ｃが上方に突出している。ボンネットナット１２の上部のフランジ部１２ａとボンネット６に設けられたフランジ部６ａとが接触して、ボンネットナット１２を締めこむと、ボンネット６が下方に移動して、ボンネット６の下端面に接触している押さえアダプタ１３を下方に押圧し、弁体（ダイヤフラム）４はボディ２の内部に固定される。
【００２５】
ボンネット６の内部には凹部が形成されており、この内部にディスク５が備えられている。ディスク５の上部にはフランジ５ｂが形成され、フランジ５ｂの下面と押さえアダプタ１３の上面の間の空間には、ディスク５を上方に付勢するための圧縮コイルばね１７が備えられている。ディスク５の下面に配設される弁体押さえ５ａが弁体４を押圧し、弁体４とボディ２に設けられた弁座３との隙間の大きさが調整されて、流体の流れる量が調節される。貫通孔６ｂとケーシング１０の底壁の設けられた貫通孔１０ｂを貫通するステム８がディスク５の上面に当接している。
【００２６】
ケーシング１０は、ボンネット６の上面に固定されている。ケーシング１０には上面が開口した凹部１０ａが形成されている。この凹部１０ａの上方には、回転駆動手段９が固定される。回転駆動手段９は、特に限定するものではないが、本実施形態においてはモータ９を使用する。このモータ９はモータカバー７で覆われている。そして、モータ９の出力軸９ａが凹部１０ａに突出している。
【００２７】
凹部１０ａの中に、本発明の主たる特徴部分である伝達手段が備えられている。伝達手段は、モータ９の出力軸９ａが挿通されて固定されたベアリング保持体１４と、ベアリング保持体１４とモータ９との間に介在された第１のスラストベアリング１５と、ベアリング保持体１４とステム９との間に介在された第２のスラストベアリング１６とを備えている。出力軸９ａとステム８とは、平行で所定の距離離れている。ベアリング保持体１４の第１のスラストベアリング１５との当接面は、出力軸９ａと直交し、第２のスラストベアリング１６との当接面は、出力軸９ａと直交する面に対し所定角度αだけ傾斜して構成されている。
【００２８】
前記第１のスラストベアリング１５は、一対の軌道盤１５ｂ，１５ｃと、当該一対の軌道盤１５ｂ，１５ｃの間に配された転動体（玉）１５ａとを有するスラストベアリングとされ、第２のスラストベアリング１６も、一対の軌道盤１６ｂ，１６ｃと、当該一対の軌道盤１６ｂ，１６ｃの間に配された転動体（玉）１６ａとを有している。そして、この第２のスラストベアリング１６は、モータ９の出力軸９ａに直交する平面に対して角度αをもって傾斜して取り付けられている。これは、ベアリング保持体１４の第２のスラストベアリング１６との当接面が角度αだけ傾斜して構成することによって実現している。両スラストベアリング１５、１６の転動体（玉）１５ａ，１６ａは、いわゆる保持器で保持されているが、図面では省略している。
【００２９】
出力軸９ａとベアリング保持体１４とは、固定用ボルト１４ａで固定されており、軌道盤１５ｂは、ケーシング１０等のハウジング等の動かないものに固定されて回転しないようになっている。軌道盤１５ｃと軌道盤１６ｂは、ベアリング保持体１４に固定されているので出力軸９ａの回転に従って強制的に回転させられる。
【００３０】
軌道盤１６ｃは、下方の支持体１９に固定されて出力軸９ａに回転可能に軸支されている。支持体１９は、上部にフランジ部を有しその下方に円筒部１９ａが形成されている。ケーシングの凹部１０ａの底面に開口する凹部１０ａよりも小さな径の凹部１０ｂが形成されている。円筒形状部１９ａの内周面と出力軸９ａの外周面の間には、出力軸玉軸受１８（ベアリング）が備えられている。このベアリングは、モータ９の出力軸９ａのラジアル方向の反りを有効に防止する。
【００３１】
軌道盤１５ｂ、転動体１５ａおよび軌道盤１５ｃは、スラストベアリング１５を形成し、軌道盤１６ｂ、転動体１６ａおよび軌道盤１６ｃはスラストベアリング１６を形成している。
【００３２】
軌道盤１６ｃの下面１６ｄは、上述したようにベアリング保持体１４の第２のスラストベアリング１６との当接面が角度αだけ傾斜しているので、出力軸９ａと直交する水平平面に対してわずかな角度αだけ傾斜している。ステム８は常に圧縮コイルばね１７によって上方に付勢されており、さらにステム８には、流体通路２ａ，２ｂに流れる高圧流体によって上方への付勢力がかかるため、軌道盤１６ｃは、軌道盤１６ｂと平行な状態を維持した状態で出力軸９ａの回転によって回転することなくステム８との当接状態を維持する。また、軌道盤１６ｃの下面１６ｄのステム８との当接箇所は、図例のようにステム８の先端部の曲面にあわせた曲線状の凹部を形成することもできる。
【００３３】
図１の状態では、ステム８が最も下方に移動した状態を示している。この状態のときに弁体４（ダイヤフラム弁）は弁座３と圧接しているので、弁は閉状態となっている。図１の状態から出力軸８が１８０°回転した状態を図２に示している。図２の状態は、ステム８が最も上方に移動した状態を示している。この状態のときに弁体４（ダイヤフラム弁）は弁座３と最も離れた状態になっており、弁は１００％の開状態となっている。ステム８が閉状態から１００％開状態の間の位置になるように出力軸９ａを回転させることによって、弁の開口状態が変化して流体の流量を微細に調節することができる。
【００３４】
スラストベアリングを利用して回転しているので、ステム８と当接する第２のスラストベアリング１６の軌道盤１６ｃと第１のスラストベアリング１５のモータ側軌道盤１５ｂは、出力軸９ａの回転によって回転することがなく、回転による摺動部分の摩耗が一切発生することがない。このため、特許文献１に記載の機構にくらべて、摩耗粉等の不純物が流体内に混入して歩留まり低下をきたすおそれが一切発生することがない。
【００３５】
さらに、モータ９の出力軸９ａの軸方向の遊びであるエンドプレーの範囲内で、転動体１５ａが軌道盤１５ｂに接するようにベアリング保持体１４が、出力軸９ａに固定されていれば、ステム８が圧縮コイルばね１７による上方への付勢力や、高圧流体がディスク５を上方に押し上げようとする付勢力が、直接に出力軸９ａに伝わらず、それらの力は２つのベアリング１５，１６によって伝達され、最終的にケーシング１０等のハウジング等の動かないものに固定されている軌道盤１５ｂに伝達されるので、モータ９の出力軸９ａには上向きの力はかからなくなり、モータ９が破損することがなくなる。
【００３６】
図３は、本発明による開度調整バルブの回転角（プレート回転角）とステム９の上下の変位量（バルブ変位量）との関係を示している。プレート回転角度が０°のときステム８が最も下がった状態の閉状態で、プレート回転角度が１８０°のときステム８が最も上がった状態の１００％開状態となる。本実施例では、αを２°として第２のスラストベアリング１６を傾斜させており、最大バルブ変位量は０．４５ｍｍであり、回転角度を０〜１８０°内で変化させることによってバルブ変位量を精密にコントロールできる。例えば、回転角度を１°単位でコントロールすると、ステム８の上下方向の変位単位を３μｍ単位で精密に調整することができる。さらに、本開度調整バルブによれば、ステムとベアリングとの間で摺動部分がなくスラスト方向の荷重がかからないのでモータ９のモータ軸９ａに負荷をかけることがない。
【符号の説明】
【００３７】
１  ：開度調整バルブ
２  ：ボディ
２ａ，２ｂ：流体通路
４  ：弁体（ダイヤフラム）
８  ：ステム
９  ：モータ
９ａ：出力軸
１０：ケーシング
１４：ベアリング保持体
１５：第１のスラストベアリング
１５ａ：転動体（玉）
１５ｂ，１５ｃ：軌道盤
１６：第２のスラストベアリング
１６ａ：転動体（玉）
１６ｄ：ステムと接する面
１６ｂ，１６ｃ：軌道盤
【図１】
2019148294.tif 000003
【図２】
2019148294.tif 000004
【図３】
2019148294.tif 000005
【図４】
2019148294.tif 000006