(57)【要約】【課題】弁本体内で流体が接する部分における温度の均一化を図ることができる流体制御弁を提供すること。【解決手段】流体制御弁１において、ハウジング２２の下方に位置するフランジ部に、カートリッジヒータ５を２本埋め込むとともに、弁本体３の下部にもカートリッジヒータ６を２本埋め込む。これにより、カートリッジヒータ５および６により、ダイアフラム２６が上下から効率的に加熱されるので、ダイアフラム２６へ効率的に熱が伝わり、ダイアフラム２６の温度を他の部分とほぼ同じにすることができる。【選択図】            図１
2004270716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体に組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端で弁体を前記弁座に押し当てて弁の開閉を行う流体制御弁において、
前記弁体は、ダイアフラムであり、
前記アクチュエータの下部であって前記ダイアフラムの上方となる位置にヒータを有することを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載する流体制御弁において、
前記アクチュエータは、梃子機構のレバーの一端部に出力用コイルバネの付勢力が作用することにより、前記レバーの他端部と係合する前記出力軸を前進させる一方、駆動源の圧力を受けたピストンが移動して、前記出力用コイルバネを圧縮させることにより、前記レバーの一端部を前記出力用コイルバネの付勢力から解放するとともに、復帰用コイルバネの付勢力により、前記出力軸を後退させることを特徴とする流体制御弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する流体制御弁において、
前記弁本体および前記アクチュエータとを螺合させるネジ部には、前記弁本体と前記アクチュエータとを組み付けたときに前記ヒータの取付方向が常に一定となるように、ネジが形成されていることを特徴とする流体制御弁。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの流体制御弁において、
前記弁本体の下部にもヒータを備えることを特徴とする流体制御弁。
【請求項５】
入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、
前記弁本体を加熱するヒータを有し、
前記アクチュエータと前記弁本体との間に断熱部材が設けられていることを特徴とする流体制御弁。
【請求項６】
入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、
前記弁本体を加熱するヒータを有し、
前記シリンダアダプタは、前記出力軸方向に分割されており、
前記分割されたシリンダアダプタ間に断熱部材が設けられていることを特徴とする流体制御弁。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載する流体制御弁において、
前記断熱部材は、樹脂プレートであることを特徴とする流体制御弁。
【請求項８】
入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、
前記弁本体を加熱するヒータを有し、
前記シリンダアダプタは、前記出力軸方向に分割されており、
前記分割されたシリンダアダプタ同士は複数の支柱により連結されていることを特徴とする流体制御弁。
【請求項９】
請求項８に記載する流体制御弁において、
前記支柱は、スタットボルトであることを特徴とする流体制御弁。
【請求項１０】
請求項１から請求項９に記載するいずれか１つの流体制御弁において、
半導体製造装置に使用されることを特徴とする流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱構造を備える流体制御弁に関する。さらに詳細には、弁内を流れる流体が接する部分の温度を均一にすることができる流体制御弁に関するものである。特に、半導体製造工程において使用するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置に用いられる流体制御弁では、使用されるプロセスガス等の融点が低い場合、それが液化、析出しないように、従来から加熱して使用されている。このように、流体制御弁を加熱するのは、プロセスガス等が液化、析出すると、その析出物が吹き飛ばされてパーティクルを発生させ、プロセスガス等に混入して半導体製造の歩留まりを低下させてしまう、またはシール面に堆積して漏れの原因となる、あるいは堆積により流路が絞られる（最悪の場合には流路が塞がれる）原因となるからである。
【０００３】
このようなヒーティング機構を備える流体制御弁としては、例えば、特開平１０−２９９９４３号公報や特開２００１−１７３８３８号公報などに開示されている。特開平１０−２９９９４３号公報に開示されているものは、図１４に示すように、加熱すべき流体制御器１０１のボディ１０２の対向する一対の側面に絶縁層１１３，１１２ａを介して当接される一対の板状側面ヒータ１１２と、側面ヒータ嵌入凹所１２０を有しかつ互いにねじ１２５で結合されて流体制御器ボディ１０２を両側から挟持する一対の側部保持部材１１４，１１５と、側面ヒータ１１２と側面ヒータ嵌入凹所１２０の底面との間に介在されて側面ヒータ１１２を流体制御器ボディ１０２側面に押圧するクッション部材１１７とを備えている。
【０００４】
これにより、流体制御器ボディ１０２と側面ヒータ１１２との間には、別部材とされた熱伝導材を介在させることなく、側面ヒータ１１２をクッション部材１１７により流体制御器ボディ１０２側面に押圧することができるようになっている。そのため、流体制御器ボディ１０２と側面ヒータ１１２との間に空気層ができることがなく、熱効率が向上するので流体制御弁を効率よく加熱することができるようになっている。
【０００５】
また、特開２００１−１７３８３８号公報に開示されているものは、図１５に示すように、弁体２３２に配置され、その弁体２３２を加熱する弁体用ヒータ２４４と、バルブ本体２０２に巻かれ、そのバルブ本体２を加熱するバルブ本体用ヒータ２４１とを有し、更にベローズアダプタ２３５のアクチュエータ２０３側に配置され、そのベローズアダプタ２３５に対して直接的又は間接的に接して加熱するベローズアダプタ用ヒータ２４５を有している。
【０００６】
これにより、従来十分に加熱されなかったベローズアダプタやベローズ上部を加熱することができるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２９９９４３号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１７３８３８号公報（第３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平１０−２９９９４３号公報および特開２００１−１７３８３８号公報に開示されたものでは、弁内で流体が接する部分の温度が均一にならないという問題があった。
【０００９】
例えば、特開平１０−２９９９４３号公報に記載されたものでは、ダイアフラム弁体を備える流体制御弁に対して十分な加熱効果を得ることができなかった。すなわち、特開平１０−２９９９４３号公報に開示されているように、流体制御弁の外面からヒータを用いて加熱し保温しても、流体制御弁の内部に備わるダイアフラム弁体へは熱が伝わりにくく、またアクチュエータへの操作エアーの出し入れによる温度変化の影響を受けやすいため、ダイアフラムの温度が他の部分の温度よりも低くなってしまうのである。
【００１０】
また、特開２００１−１７３８３８号公報に開示されたものでは、弁内で流体が接する部分の温度にバラツキが生じていた。特に、ベローズ上方の温度が他の部分と比べて低くなっていた。これは、ベローズ上方に配置されているアクチュエータが金属製であるため、そちらへ熱が逃げてしまうためである。
【００１１】
そこで本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、弁本体内で流体が接する部分における温度の均一化を図ることができる流体制御弁を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る流体制御弁は、入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体に組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端で弁体を前記弁座に押し当てて弁の開閉を行う流体制御弁において、前記弁体は、ダイアフラムであり、前記アクチュエータの下部であって前記ダイアフラムの上方となる位置にヒータを有することを特徴とするものである。
【００１３】
この流体制御弁では、アクチュエータにより出力軸を介して弁体であるダイアフラムを弁座に当接・離間させて弁の開閉を行う。そして、この流体制御弁には、アクチュエータの下部であってダイアフラムの上方となる位置にヒータが設設けられているので、このヒータにより、ダイアフラムが上方（背面）から効率的に加熱される。したがって、従来は最も熱が伝わりにくかったダイアフラムへも効率的に熱を伝えることができ、ダイアフラムの温度を他の部分とほぼ同じにすることができる。
【００１４】
本発明に係る流体制御弁において、前記アクチュエータは、梃子機構のレバーの一端部に出力用コイルバネの付勢力が作用することにより、前記レバーの他端部と係合する前記出力軸を前進させる一方、駆動源の圧力を受けたピストンが移動して、前記出力用コイルバネを圧縮させることにより、前記レバーの一端部を前記出力用コイルバネの付勢力から解放するとともに、復帰用コイルバネの付勢力により、前記出力軸を後退させるものであることが望ましい。
【００１５】
ダイアフラムの弁座に対する「シール推力」を確保しつつアクチュエータを小型化することができるからである。なぜなら、この流体制御弁では、レバーなどを有する梃子機構、ピストン、出力軸、出力用コイルバネ、復帰用コイルバネなどを備えたアクチュエータによって、ダイアフラムを弁座に当接・離間させる。すなわち、ノーマル時では、梃子機構のレバーの一端部に出力用コイルバネの付勢力が作用しており、そのため、レバーの他端部と係合する出力軸に前進方向の推力が発生するので、ダイアフラムが弁座に密着することになる。一方、非ノーマル時では、ピストンが駆動源の圧力を受けて移動することにより、出力用コイルバネが圧縮するので、レバーの一端部が出力用コイルバネの付勢力から解放され、その結果、復帰用コイルバネの付勢力により、出力軸に後退方向の推力が発生するので、ダイアフラムが弁座から離間することになる。
【００１６】
したがって、出力用コイルバネの付勢力を梃子機構の梃子比で増加させて作用させることにより、出力軸に前進方向の推力を発生させて、ダイアフラムを弁座に密着させて「シール推力」を確保しているので、最低限必要な出力用コイルバネの付勢力は、「シール推力」を梃子比で除した値となる。よって、「シール推力」を梃子比で除した値と「シール推力」の値との差に相当する分だけ、出力用コイルバネの外径を最小化することが可能となり、出力用コイルバネを内蔵するアクチュエータを小型化することができるのである。
【００１７】
また、本発明に係る流体制御弁においては、弁本体とアクチュエータとを螺合させるネジ部には、弁本体とアクチュエータとを組み付けたときにヒータの取付方向が常に一定となるようにネジが形成されていることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る流体制御弁では、弁本体とアクチュエータとが螺合されて一体化されるため、アクチュエータの下部に取り付けられたヒータの位置が、弁本体とアクチュエータとの組み付け方によって毎回変化するおそれがある。そうすると、ヒータ配線の取扱性が非常に悪くなり、また、流体制御弁を集積して使用することができなくなってしまう。
【００１９】
そこで、この流体制御弁では、弁本体とアクチュエータとを螺合させるネジ部のネジを、弁本体とアクチュエータとを組み付けたときにヒータの取付方向が常に一定となるように形成している。つまり、ネジ部におけるネジの切り始めと切り終わりとを調整することにより、弁本体とアクチュエータとを組み付けたときにヒータの取付方向が常に一定となるようにしている。これにより、ヒータの配線などの取扱性がよく、また、流体制御弁を集積して使用することもできる。
【００２０】
また、本発明に係る流体制御弁においては、前記弁本体の下部にもヒータを備えることが望ましい。こうすることにより、ダイアフラムをより効率的に加熱することができるからである。
【００２１】
また、上記問題点を解決するためになされた本発明に係る流体制御弁は、入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、前記弁本体を加熱するヒータを有し、前記アクチュエータと前記弁本体との間に断熱部材が設けられていることを特徴とするものである。
【００２２】
この流体制御弁では、ヒータによって加熱されるとともに、アクチュエータと弁本体との間に設けられた断熱部材により断熱が行われる。すなわち、アクチュエータと弁本体との間に設けられた断熱部材を設けることにより、アクチュエータへ熱が逃げにくくなる。このため、ベローズ上方からアクチュエータへ熱が逃げなくなり、ベローズ上方の温度低下を防止することができる。したがって、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一にすることができる。
【００２３】
また、上記問題点を解決するためになされた本発明に係る流体制御弁は、入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、前記弁本体を加熱するヒータを有し、前記シリンダアダプタは、前記出力軸方向に分割されており、前記分割されたシリンダアダプタ間に断熱部材が設けられていることを特徴とするものである。
【００２４】
この流体制御弁でも、ヒータによって加熱されるとともに、分割されたシリンダアダプタ間に設けられた断熱部材により断熱が行われるので、ベローズ上方からアクチュエータへ熱が逃げなくなり、ベローズ上方の温度低下を防止することができる。したがって、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一にすることができる。
【００２５】
さらに、この流体制御弁では、シリンダアダプタが出力軸方向に分割されており、その分割されたシリンダアダプタ間に断熱部材が設けられている。これにより、アクチュエータおよび弁本体は、分割されたシリンダアダプタに接続されるので、断熱部材が熱収縮した場合であっても、アクチュエータおよび弁本体の外部シール性を十分に確保することができる。つまり、この流体制御弁は、外部シール性を十分に確保した上で、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一化することができるのである。
【００２６】
本発明に係る流体制御弁においては、前記断熱部材として、樹脂プレートを使用すればよい。具体的には、熱伝導率が０．３（Ｗ／Ｍ・℃）以下の樹脂を使用すればよい。
【００２７】
また、上記問題点を解決するためになされた本発明に係る流体制御弁は、入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、前記弁本体を加熱するヒータを有し、前記シリンダアダプタは、前記出力軸方向に分割されており、前記分割されたシリンダアダプタ同士は複数の支柱により連結されていることを特徴とするものである。
【００２８】
この流体制御弁でも、シリンダアダプタが出力軸方向に分割されており、分割されたシリンダアダプタ同士は複数の支柱により連結されている。このため、分割されたシリンダアダプタ間には空気層が介在することになる。つまり、この流体制御弁では、分割されたシリンダアダプタ間に断熱部材を設ける代わりに、空気層を介在させたのである。このように空気層を介在させることによっても断熱効果が得られるので、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一化することができる。また、上記したようにシリンダアダプタを分割しているので、外部シール性も十分に確保される。
【００２９】
なお、シリンダアダプタを分割せずに、シリンダアダプタ内に空気層を形成してもよい。
【００３０】
ここで、前記支柱としては、スタットボルトを使用すればよい。また、スタットボルトの代わりに、カラー（樹脂製あるいは金属製のどちらでもよい）を使用することもできる。
上記したいずれか１つの流体制御弁は、半導体製造装置に使用されるのが好適である。弁内でプロセスガス等が接する部分の温度を均一化することができるので、プロセスガス等が液化、析出してパーティクルを発生させることがないからである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流体制御弁を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、半導体製造装置に使用される流体制御弁であって高温のプロセスガスを制御するものである。
【００３２】
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成を図１〜図３に示す。図１は、ノーマル時の弁閉状態を示す断面図である。図２は、非ノーマル時の弁開状態を示す断面図である。図３は、流体制御弁におけるヒータの挿入方向を示す側面図である。流体制御弁１は、図１および図２に示すように、ハウジング２２、ハウジング２２の上部に螺合されるキャップ１１、ハウジング２２の下部が螺合する弁本体３に大別することができる。
【００３３】
キャップ１１の内部には、ピストン１３が装入されており、キャップ１１の内側とピストン１３の外周を耐熱パッキン１２で密封することにより、空気室３４を形成している。空気室３４は、導入口３３を介して外部と連通する。また、キャップ１１がハウジング２２の上部と螺合することにより、キャップ１１とハウジング２２で挟み込むようにして、梃子ベース１５を内設している。
【００３４】
梃子ベース１５には、図４の部分断面図や図５の背面図で示すように、その中心において、出力軸用嵌入口４２が形成され、その周辺において、等ピッチで３個の伝達出力軸用嵌通口４１が形成されるとともに、背面において、各々の伝達出力軸用嵌通口４１の内側に、平行ピン用挿入口を穿孔した梃子架台部４３が設けられている。そして、３個の梃子架台部４３の間においては、平行ピン用挿入口を穿孔したレバー１６が、図１あるいは図２に示すように、回動可能に支持される。
【００３５】
そのために、ここでは、梃子架台部４３に穿孔された平行ピン用挿入口の軸線と、レバー１６に穿孔された平行ピン用挿入口の軸線とが重なり合うように、梃子架台部４３の間にレバー１６をセットし、それらの平行ピン用挿入口に平行ピン１７を軸通させることにより行っている。
【００３６】
一方、ハウジング２２の内部には、出力用コイルバネ１９が内蔵されており、出力用コイルバネ１９の上端には、コイルバネ押さえ１８が載置されている。そして、キャップ１１がハウジング２２の上部と螺合すると、コイルバネ押さえ１８の上面に、梃子ベース１５に回動可能に支持された３個のレバー１６の一端部が圧接することになる。さらに、このとき、コイルバネ押さえ１８の上面とピストン１３の間に、梃子ベース１５の伝達出力軸用嵌通口４１（図４、図５参照）を嵌通した伝達出力軸１４が介装される。
【００３７】
また、ハウジング２２の内部には、その中心線上において、出力軸２１がその下端を弁本体３側に貫いた状態で取り付けられている。そして、キャップ１１がハウジング２２の上部と螺合すると、出力軸２１に挿着された復帰用コイルバネ２０の両端が、ハウジング２２の底面と出力軸２１のフランジ部に圧接することになる。さらに、このとき、出力軸２１に形成された係合部には、  梃子ベース１５に回動可能に支持された３個のレバー１６の他端部が圧接するとともに、出力軸２１の上端が、梃子ベース１５の出力軸用嵌入口４２（図４、図５参照）に嵌入されることになる。
【００３８】
さらに、ハウジング２２の下方に位置するフランジ部、つまり出力用コイルバネ１９の下端および復帰用コイルバネ２０の下端にその上面で当接し、ホルダー２３の上端にその下面が当接する部分に、カートリッジヒータ５が２本埋め込まれている。このカートリッジヒータ５は、ニクロム線からなる発熱コイルを耐熱合金に収納し、空間をセラミックコアで固定したものであって、図示しない温調機器により制御されるようになっている。なお、本実施の形態では、カートリッジヒータ５は、約２５０℃で温調される。
【００３９】
ここで、上記したようにハウジング２２と弁本体３とは螺合されて一体化されている。このため、ハウジング２２に埋め込まれたカートリッジヒータの位置が、ハウジング２２と弁本体３との組み付け方によって異なるおそれがある。そこで、本実施の形態では、ハウジング２２と弁本体３とが螺合するネジ部におけるネジの切り始めと切り終わりとを調整することにより、ハウジング２２と弁本体３とが組み付けられた状態では、カートリッジヒータ５の取付方向が常に同じになるようになっている。すなわち、後述するカートリッジヒータ６と同方向（流路ラインとほぼ直交する方向、図１でいうと紙面前後方向）に位置するようになっている。これにより、ヒータの配線などの取扱性がよく、特に図８に示すような集積タイプの流体制御弁であっても、隣り合う流体制御弁にカートリッジヒータ５が干渉するようなことはない。
【００４０】
なお、図６は、図１の線Ａ−Ａで切断した断面図であり、図７は、図１の線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【００４１】
また、弁本体３には、入力ポート３１と出力ポート３２が形成されており、入力ポート３１の末端に位置する弁座２７や出力ポート３２の始端などは、ダイアフラム２６で覆われている。そして、ダイアフラム２６は、その周縁がホルダー２３の周縁突起部と当接しており、ハウジング２２の下部が弁本体３と螺合すると、ホルダー２３と弁本体３で挟持されることになる。さらに、このとき、ホルダー２３の中央部には、第１ステム２４が嵌装されているので、第１ステム２４の上面が、出力軸２１の下端に接面するとともに、第１ステム２４の下面は、第１ステム２４の下面に組み込まれた第２ステム２５を介して、ダイアフラム２６の上面に接面することになる。
【００４２】
さらに、弁本体３の下部にも、カートリッジヒータ６が２本埋め込まれている。このカートリッジヒータ６は、上記したカートリッジヒータ５と同じものである。このカートリッジヒータ６も、図示しない温調機器により、約２５０℃となるように制御される。
【００４３】
また、流体制御弁１のほぼ全体に断熱材７が装着されている。このようにして、流体制御弁１では、ハウジング２２および弁本体３に埋め込まれたカートリッジヒータ５，６によって、加熱するとともに断熱材７により保温している。これにより、２３０℃程度のプロセスガスを制御することができるようになっている。そして、２３０℃程度のプロセスガスを制御するために、流体制御弁１では、耐熱パッキン１２と第２ステム２５を除く全ての構成部品が金属材料から製作されており、例えば、ダイアフラム２６はＮｉ−Ｃｏ合金で、その他の構成部品の多くはＳＵＳ３１６Ｌで製作されている。
【００４４】
次に、本実施の形態の流体制御弁１の動作について説明する。図１に示すように、ノーマル時の出力軸２１においては、コイルバネ押さえ１８とレバー１６を介して、出力用コイルバネ１９の付勢力が弁本体３側に作用すると同時に、復帰用コイルバネ２０の付勢力がキャップ１１側に作用する。従って、出力用コイルバネ１９の付勢力が作用する方向と復帰用コイルバネ２０の付勢力が作用する方向が向き合うことになる。しかし、出力用コイルバネ１９の付勢力は、復帰用コイルバネ２０の付勢力より格段に大きく、さらに、レバー１６や梃子ベース１５などで構成された梃子機構により、梃子比を乗じた大きさに増加されて作用することから、ノーマル時の出力軸２１には、弁本体３側に大きな推力が発生することになる。そのため、ノーマル時の出力軸２１は、弁本体３側に前進し、その結果、出力軸２１の下端が第１ステム２４の上面に圧接して、第２ステム２５がダイアフラム２６を弁座２７に強く押しつけることができるので、ダイアフラム２６や弁座２７が金属製であっても、弁閉状態となる。
【００４５】
一方、弁閉状態にある流体制御弁１において、導入口３３を介して、駆動源たる圧縮空気を空気室３４に充填すると、図２に示すように、ピストン１３が圧縮空気の圧力を受けて弁本体３側に移動することになる。そして、ピストン１３が弁本体３側に移動すると、伝達出力軸１４を介して、コイルバネ押さえ１８も弁本体３側に移動し、出力用コイルバネ１９が圧縮されるので、レバー１６の一端部に出力用コイルバネ１９の付勢力が作用しなくなる。そのため、出力軸２１には、復帰用コイルバネ２０の付勢力しか作用せず、キャップ１１側に推力が発生するので、出力軸２１はキャップ１１側に後退することになる。その結果、出力軸２１の下端が第１ステム２４の上面に圧力を加えることが不可能となるので、ダイアフラム２６の反力により、第１ステム２４、第２ステム２５がキャップ１１側に押し上げられて、ダイアフラム２６が弁座２７から離間し、弁開状態に移行することになる。
【００４６】
そして、上記したように弁の開閉が行われることにより、流体制御弁１に高温のプロセスガスが流れる。このとき、流体制御弁１は、カートリッジヒータ５，６によって加熱されるとともに、断熱材７により保温されている。これにより、流体制御弁１において最も加熱され難かったダイアフラム２６も効率的に加熱される。特に、カートリッジヒータ５によって、ダイアフラム２６の背面（上面）からも加熱するので非常に効率よくダイアフラム２６を加熱することができる。したがって、流体制御弁１の内部でプロセスガスが接する部分の温度がほぼ均一となる。よって、プロセスガスの温度を低下させることがないので、使用しているプロセスガスが液化、析出することを確実に防止することができる。このため、プロセスガスの付着物が流路に送られて起こるパーティクルの発生が抑えられ、またはシール面に堆積して漏れの原因となったり、あるいは堆積により流路が絞られたりする（最悪の場合には流路が塞がれる）ことがないので、半導体製造の歩留まり低下を防止することができる。
【００４７】
以上、詳細に説明したように、本実施の形態に係る流体制御弁１には、ハウジング２２の下方に位置するフランジ部に、カートリッジヒータ５が２本埋め込まれているので、このカートリッジヒータ５により、ダイアフラム２６が上方（背面）から効率的に加熱される。したがって、従来は最も熱が伝わりにくかったダイアフラム２６へも効率的に熱を伝えることができ、ダイアフラム２６の温度を他の部分とほぼ同一にすることができる。
【００４８】
また、流体制御弁１では、出力用コイルバネ１９の付勢力を、レバー１６などを有する梃子機構の梃子比で増加させて作用させることにより、ロッド２１に前進方向（弁本体３側）の推力を発生させて、ダイアフラム２６を弁座２７に密着させて、「シール推力」を確保しているので、最低限必要な出力用コイルバネ１９の付勢力は、「シール推力」を梃子比で除した値となる。よって、「シール推力」を梃子比で除した値と「シール推力」の値との差に相当する分だけ、出力用コイルバネ１９の外径を最小化することが可能となり、出力用コイルバネ１９を内蔵するアクチュエータ２を小型化することができる。
【００４９】
また、流体制御弁１において、弁本体３とハウジング２２とを螺合させるネジ部には、弁本体３とハウジング２２とを組み付けたときにカートリッジヒータ５の取付方向が常に一定となるようにネジが形成されているので、カートリッジヒータ５の配線などの取扱性がよく、また、流体制御弁を集積して使用することもできる。
【００５０】
また、本発明に係る流体制御弁１には、弁本体３の下部にもカートリッジヒータ６が２本埋め込まれているので、ダイアフラム２６をより効率的に加熱することができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。そこで、第２の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成を図９に示す。第２の実施の形態に係る流体制御弁は、いわゆる真空比例開閉弁である。そこで、第２の実施の形態に係る真空比例開閉弁の概略構成を図９および図１０に示す。図９は、ノーマル時の弁閉状態を示す断面図である。図１０は、非ノーマル時の弁開状態を示す断面図である。
【００５２】
真空比例開閉弁５１は、図９および図１０に示すように、大きく分けて下方の弁部と上方のアクチュエータ部とから構成され、弁本体５２とシリンダ５３とがシリンダアダプタ７５を介して一体に組み付けられている。その弁本体５２は、入力ポート６１および出力ポート６２が突設され、上方のシリンダ５３側に大きく開口した筒形のものであって弁室６３を形成し、入力ポート６１側内壁面が弁座面６４となっている。
【００５３】
一方、シリンダ５３は、シリンダ本体５４内を往復運動するピストン７１がダイアフラム７２を保持し、スプリング７３によって下方に付勢されている。シリンダ本体５４は、シリンダアダプタ７５とシリンダチューブ７６、そしてキャップ７７が一体に組み立てられたものである。ピストン７１には、パイプ状の出力軸８１が固定されており、その出力軸８１は、リニアブッシュ８７、シリンダアダプタ７５および樹脂プレート７８を貫いて弁室６３内に挿入されている。この出力軸８１の下端には、シール用のＯリングを保持した弁体８２が固定されている。そして、弁体８２とシリンダアダプタ７５（第２シリンダアダプタ７５ｂ）および弁本体５２に挟み込まれたベローズアダプタ８５との間に、ベローズ８３が接続されている。
【００５４】
ここで、シリンダアダプタ７５は、二分割されて、上方に位置する第１シリンダアダプタ７５ａと下方に位置する第２シリンダアダプタ７５ｂとから構成されている。そして、第１シリンダアダプタ７５ａと第２シリンダアダプタ７５ｂとの間には、断熱部材である樹脂プレート７８が設けられている。なお、樹脂プレート７８としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの樹脂を使用すればよい。そして、リニアブッシュ８７の外周部を基準にして、リニアブッシュ８７に第２シリンダアダプタ７５ｂおよび樹脂プレート７８を貫通させ、上方から第１シリンダアダプタ７５ａが差し込まれている。これにより、径方向の組み付け精度が確保されている。
【００５５】
そして、こうした真空比例開閉弁５１には、プロセスガスの液化防止のため複数の加熱手段が設けられている。まず、弁本体５２を加熱するためにバンドヒータ９１がその周りに巻かれ、各ポート６１，６２部分にもバンドヒータ９２，９３が巻かれている。バンドヒータ９１，９２，９３は、シリコンラバーヒータであり、バンドヒータ９１には温度を計測するための熱電対を有している。
【００５６】
また、真空比例開閉弁５１には、弁体８２を加熱するために棒状ヒータ９４が弁体８２内に埋設されている。具体的には、出力軸８１内先端に棒状ヒータ９４が装填され、その出力軸８１の先端部分が弁体８２に対して嵌合されている。棒状ヒータ９４は、ニクロム線からなる発熱コイルを耐熱合金に収納し、空間をセラミックコアで固定したものである。
【００５７】
さらに、この真空比例開閉弁５１には、ベローズアダプタ８５を加熱するリングヒータ９５が設けられている。このリングヒータ９５は、図１１に示すように、環形状をしたものであり、内周に空気抜き用の凹み９５ａが形成されている。なお、図１１は、リングヒータ９５を示す平面図である。リングヒータ９５は、ニクロム線などの発熱体が絶縁体に埋め込まれたものであり、温度を計測するための熱電対９６，９６が設けられている。
【００５８】
一方、ベローズアダプタ８５は、図１２に示すように、周縁上に形成された挟持部８５ａの内側に、環状の凹部８５ｂが形成されたものである。また、第２シリンダアダプタ７５ｂには、リングヒータ９５の形状に合わせて環状溝が形成され、そこにシリコンスポンジ９７が接着されたリングヒータ９５がセットされている。そして、このリングヒータ９５を覆うようにして、ベローズアダプタ８５が組み込まれている。
【００５９】
そして、この真空比例開閉弁５１では、真空チャンバの真空排気を行う場合に、その真空チャンバ内の真空圧を調節するための開度調整が行われる。真空比例開閉弁５１は、ボックス５５内に収納された電磁弁を介してシリンダ５３に圧縮エアが供給され、ピストン７１が下方から加圧されて上昇し、図１０に示すように、弁体８２が弁座６４から離間して弁が開く。その際、ボックス５５内に収納されたポテンショメータによってピストン７１の位置検出が行われ、その検出信号に従いフィードバック制御されて正確な開度調整が行われる。
【００６０】
こうしてプロセスガスは、排気流量が調節されて吸引側へと引かれて流れるが、真空比例開閉弁５１ではプロセスガスが液化して付着しないように各種加熱手段の温度制御が行われている。真空比例開閉弁５１には不図示の温調器が２台用意され、そのうちの１台が、バンドヒータ９２，９３と棒状ヒータ９４とを並列につないだ弁本体５２用のバンドヒータ９１の温度調節を行い、もう１台が、リングヒータ９５の温度調節を行っている。
【００６１】
したがって、本実施の形態の真空比例開閉弁５１によれば、温度調節された各種加熱手段によって加熱される。また、第１シリンダアダプタ７５ａと第２シリンダアダプタ７５ｂとの間に樹脂プレート７８が設けられているので、樹脂プレート７８より上方、つまりアクチュエータ部に熱が逃げ難い。これにより、ベローズアダプタ８５およびこれに近いベローズ８３の上部が十分に加熱されるとともに、アクチュエータ部へ熱が逃げることを防止することができる。したがって、弁内でプロセスガスが接する部分の温度をほぼ均一にすることができる。具体的には、例えば、従来からプロセスガスの付着が生じやすかったベローズ８３上部の温度を測定したところ、従来のものと比べて２０〜３０℃程度上昇させることができた。
【００６２】
すなわち、第１シリンダアダプタ７５ａと第２シリンダアダプタ７５ｂとの間に樹脂プレート７８を設けたことにより、ベローズ８３上部の温度低下を抑えることができ、弁内でプロセスガスが接する部分の温度をほぼ均一化することができるのである。よって、プロセスガスの付着物が流路に送られて起こるパーティクルの発生を抑え、半導体製造の歩留まり低下を防止することができる。
【００６３】
ここで、第２の実施の形態の変形例について説明する。この変形例に係る真空比例開閉弁の概略構成を図１３に示す。図１３は、真空比例開閉弁５１ａの概略構成を示す断面図である。真空比例開閉弁５１ａは、上記した真空比例開閉弁５１とほぼ同様の構成を有するものであるが、シリンダアダプタ付近の構成が異なっている。したがって、以下の説明では、真空比例開閉弁５１と同じ構成のものについては図面に同符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００６４】
真空比例開閉弁５１ａにおいても、図１３に示すように、シリンダアダプタが二分割されて第１シリンダアダプタ７５ｃと第２シリンダアダプタ７５ｄとから構成されている。そして、上記した真空比例開閉弁５１とは異なり、第１シリンダアダプタ７５ｃと第２シリンダアダプタ７５ｄとの間に樹脂プレートは設けられていない。その代わりに、複数本のスタットボルト（円周上に配置）７９が設けられ、これらのスタットボルト７９によって第１シリンダアダプタ７５ｃと第２シリンダアダプタ７５ｄとが連結されている。
【００６５】
これにより、第１シリンダアダプタ７５ｃと第２シリンダアダプタ７５ｄとの間には空気層が介在することになる。そして、この空気層が断熱効果を発揮するので、温度調節された各種加熱手段によって加熱された弁本体５２からアクチュエータ部へ熱が逃げ難い。したがって、ベローズアダプタ８５およびこれに近いベローズ８３の上部が十分に加熱されるとともに、アクチュエータ部へ熱が逃げることを防止することができる。よって、弁内でプロセスガスが接する部分の温度をほぼ均一にすることができる。
【００６６】
このように、第１シリンダアダプタ７５ｃと第２シリンダアダプタ７５ｄとの間に空気層を設けることによっても、ベローズ８３上部の温度低下を抑えることができ、弁内でプロセスガスが接する部分の温度をほぼ均一化することができる。
【００６７】
以上、詳細に説明したように、第２の実施の形態に係る真空比例開閉弁５１では、各種ヒータ９１，９２，９３，９４，９５を有し、第１シリンダアダプタ７５ａと第２シリンダアダプタ７５ｂとの間に樹脂プレート７８が設けられているので、各種ヒータ９１，９２，９３，９４，９５によって、弁本体５２が加熱されるとともに、樹脂プレート７８により断熱が行われる。このため、ベローズ上方からアクチュエータ部へ熱が逃げなくなり、ベローズ上方の温度低下を防止することができる。したがって、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一にすることができる。
【００６８】
また、真空比例開閉弁５１では、シリンダアダプタ７５を出力軸方向に分割し、その分割した第１シリンダアダプタ７５ａと第２シリンダアダプタ７５ｂとの間に樹脂プレート７８を設けているので、アクチュエータ部および弁本体５２は、第１シリンダアダプタ７５ａおよび第２シリンダアダプタ７５ｂに接続されている。このため、樹脂プレート７８が熱収縮しても、アクチュエータおよび弁本体の外部シール性を十分に確保することができる。これにより、真空比例開閉弁５１では、外部シール性を十分に確保した上で、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一化することができる。
【００６９】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、第１の実施の形態では、ノーマルクローズドタイプの弁を例示したが、もちろん、本発明はノーマルオープンタイプの弁にも適用することができる。第２の実施の形態の変形例では、スタットボルト７９を用いて、第１シリンダアダプタ７５ｃと第２シリンダアダプタ７５ｄとの間に空気層を形成しているが、スタットボルトの代わりに金属製カラーあるいは樹脂製カラーなどを使用することもできる。
【００７０】
【発明の効果】
以上、説明した通り本発明に係る流体制御弁によれば、入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体に組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端で弁体を前記弁座に押し当てて弁の開閉を行う流体制御弁において、前記弁体は、ダイアフラムであり、前記アクチュエータの下部であって前記ダイアフラムの上方となる位置にヒータを有するので、ダイアフラムが上方（背面）から効率的に加熱される。したがって、従来は最も熱が伝わり難かったダイアフラムへも効率的に熱を伝えることができ、ダイアフラムの温度を他の部分とほぼ同じにすることができる。
【００７１】
また、本発明の別の形態に係る流体制御弁によれば、入力ポートと出力ポートとの間に弁座が形成された弁本体と、前記弁本体にシリンダアダプタを介して組み付けられたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータから弁本体内に挿入された出力軸の先端に弁体を固定して弁の開閉を行うものであって、前記出力軸を覆ったベローズが、前記弁本体と前記アクチュエータとの間に固定されたベローズアダプタと前記弁体とに接続されて流体漏れを防止する流体制御弁において、前記弁本体を加熱するヒータを有し、前記アクチュエータと前記弁本体との間に断熱部材が設けられているので、ヒータによって加熱されるとともに、アクチュエータと弁本体との間に設けられた断熱部材により断熱が行われる。このため、ベローズ上方からアクチュエータへ熱が逃げなくなり、ベローズ上方の温度低下を防止することができる。したがって、弁内で流体が接する部分の温度をほぼ均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成を示す断面図であり、弁閉状態を示すものである。
【図２】第１の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成を示す断面図であり、弁開状態を示すものである。
【図３】ヒータの挿入方向を示す流体制御弁の側面図である。
【図４】梃子ベースの部分断面図である
【図５】梃子ベースの背面図である。
【図６】図１に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図７】図１に示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【図８】集積タイプの流体制御弁を示す断面図である。
【図９】第２の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成を示す断面図であり、弁閉状態を示すものである。
【図１０】第２の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成を示す断面図であり、弁開状態を示すものである。
【図１１】リングヒータの平面図である。
【図１２】ベローズアダプタの断面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る流体制御弁の変形例を示す断面図である。
【図１４】従来の加熱構造を備える流体制御弁を示す斜視図である。
【図１５】従来の加熱構造を備える別の流体制御弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１      流体制御弁
２      アクチュエータ
３      弁本体
５，６  カートリッジヒータ
２１    出力軸
２６    ダイアフラム
２７    弁座
【図１】
2004270716.tif 000003
【図２】
2004270716.tif 000004
【図３】
2004270716.tif 000005
【図４】
2004270716.tif 000006
【図５】
2004270716.tif 000007
【図６】
2004270716.tif 000008
【図７】
2004270716.tif 000009
【図８】
2004270716.tif 000010
【図９】
2004270716.tif 000011
【図１０】
2004270716.tif 000012
【図１１】
2004270716.tif 000013
【図１２】
2004270716.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2004270716.tif 000016
【図１５】
2004270716.tif 000017