(57)【要約】【課題】入口側ポートから出口側ポートへの流路が直進形のゲートバルブにおいて、主弁体に副弁を配設し、副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することを課題とする。【解決手段】主弁体２０には主弁体２０を貫通する副弁ポート２３が形成され、主弁体２０の左側面で副弁ポート２３の周縁に副弁座２４が形成されている。流路１７と平行方向に移動可能な副弁体２２が配設され、主弁２０，２１　のシール位置で副弁体２２を移動させることにより副弁体２２と副弁座２４との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御することができる。【選択図】　　　　図４
2004108471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ本体にチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、バルブ本体に主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向に移動可能にされ、主弁のシール位置では主弁体が主弁座と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置では主弁体と主弁座との間隔を調整してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、
主弁体には主弁体を貫通する副弁ポートが形成され、主弁体の反主弁座側で副弁ポートの周縁に副弁座が形成され、流路の軸線と平行方向に移動可能な副弁体が配設され、主弁のシール位置で副弁体を移動させることにより副弁体と副弁座との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御することを特徴とする流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項２】
バルブ本体に環状シリンダ室が形成され、環状シリンダ室内に環状ピストンが摺動自在に配設され、環状ピストンに固定された複数個のロッドの先端が副弁体と接触可能に配設され、環状シリンダ室のヘッド側室に複数個のピストンスプリングが配設され、主弁体と副弁体との間に主弁体と副弁体とを離隔させる方向に作用する複数個の副弁スプリングが配設され、ピストンスプリングの弾発力により副弁体と副弁座とが近づき、かつ主弁体と主弁座とが近づく方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力による力及び副弁スプリングの弾発力により、副弁体が副弁座から離隔する方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより副弁体と副弁座との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を制御する請求項１の流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項３】
バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部と前記側壁との間に弁スプリングが配設され、弁スプリングの弾発力により主弁体が主弁座から離隔する方向に付勢され、主弁体と副弁体との間には主弁体と副弁体との最大離隔距離を設定するフックが配設され、主弁体と副弁体とが最大離隔距離にあるとき、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより主弁体と主弁座との間隔を調整し、主弁体と主弁座と間を流れる流体の流量を制御することのできる請求項２の流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項４】
環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を液体圧力とした請求項２又は３の流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項５】
バルブ本体の弁ボディに流路が形成され、バルブ本体のボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータの作動により揺動軸が回動され、シートアッシーが弁ボディ内からボンネット内に移動され、流路の開口が調整される請求項１ないし４のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項６】
チャンバーポートの中心線、主弁体の中心線及び副弁ポートの中心線が同一線上に配置され、チャンバーポートの同一半径上の圧力を均一にさせた請求項１ないし５のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項７】
主弁体と主弁座との間に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間に副パッキンが配設された請求項１ないし６のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項８】
主弁体と副弁体との間にプラスチック製の環状停止板を介在させ、主弁体と副弁体との最小距離を一定に保ち、副パッキンの圧縮量を一定にする請求項７の流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項９】
バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置された請求項１ないし４のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
【請求項１０】
バルブ本体の弁ボディにチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、かつ主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向に移動可能にされ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、
バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体が柄を介して連結具により固定され、弁ボディに主弁体の移動空間が形成されるとともに弁ボンネットに主弁体の収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結されたことを特徴とするゲートバルブ。
【請求項１１】
バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して連結具により固定され、弁ボディにシートアッシーの移動空間が形成されるとともに弁ボンネットにシートアッシーの収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結された請求項１ないし４のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などの真空チェンバーと排気ポンプとの間に配置されるゲートバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
図９（ａ），（ｂ）　は、特許文献１（特開平９−１７８０００号公報）に記載されたスライドバルブ（ゲートバルブ）を示す。下部ハウジング１０２　と上部ハウジング１０３　が分割面１０４　で接合され固定されてハウジング１０１　が形成され、下部ハウジング１０２　には入口側ポートと出口側ポートを連通させるための真っ直ぐな流路１０６　が形成されている。スライドプレート１０９　が流路１０６　の中心線に垂直な方向に移動可能に配設され、この移動はサーボモータ１０８　により行われ、スライドプレート１０９　の移動により流路１０６　の流量が制御される。下部ハウジング１０２　内では、スライドプレート１０９　と平行で流路１０６　を囲む位置に環状のシールリング１１１　が配設され、シールリング１１１　の内周部に環状凸部１１２　形成されている。Ｏリング１１３　がシールリング１１１　のスライドプレート１０９　に近接する面に配設され、Ｏリング１１４　が環状凸部１１２　の外周面に配設されて流路１０６　の内接面に接している。
【０００３】
ハウジング１０１　の壁部には流路１０６　を取り巻く環状室１２４　が形成され、環状室１２４　に連通された複数個の孔部１２１　が設けられている。孔部１２１　内のボルト１２２　の先端はシールリング１１１　に固定され、環状室１２４　内の環状ピストン１２５　は複数のスプリング１２８　によってボルト１２２　の方向に付勢されている。図９（ｂ）　では、スライドプレート１０９　はシールリング１１１　と対向した位置にあり、環状室１２４　内の圧力流体を導管１２７　を通して排出すると、スプリング１２８　の付勢力によって環状ピストン１２５　・ボルト１２２　・シールリング１１１　が左方に移動され、流路１０６　を流れるガスの流量が変わる。シールリング１１１　のＯリング１１３　がスライドプレート１０９　を圧接し、スライドプレート１０９　とシールリング１１１　とがシール状態にされ、流路１０６　が遮断される。
【０００４】
シールを解除したいときは、導管１２７　を通して環状室１２４　内に圧力流体を流入すると、図９（ｂ）　に示す非シール状態になると記載されている。非シール状態でスライドバルブは僅かに開かれているが、スライドバルブを更に開くときは、スライドプレート１０９　を流路１０６　の中心軸に垂直な方向に移動させ、図９（ａ）　の上部ハウジング１０３　内に位置させる。図９（ｃ）　は、半導体の薄膜形成装置のチャンバー室１３０　にゲートバルブ１４０　を連結させた状態を示す図であり、排気口１３１　近くのテーブル１３２　の上にウエハー（集積回の基盤、ワーク）１３３　が載せられている。なお、チャンバー室１３０　へは、上方のプラズマ取出し窓１３４　からプラズマが流入され、左側の流入口から反応ガスや窒素ガスが流入される。
【０００５】
図９（ｃ）　のゲートバルブ１４０　として特許文献１のスライドバルブを適用した従来例（図９（ａ）　〜（ｃ）　の従来例）を考える。真空チャンバー１３０　における１プロセスが終了すると、スライドプレート１０９　を開口すべく動作する。開口部１０７　は三日月型の開口形状から満月型の開口すなわち全開へと移動し、コンダクタンスを最大（流体の抵抗を最小）にし、工程終了後に注入した不活性ガスを真空チャンバー１３０　から短時間で大量に排気して圧力を下げる。
その後、真空チャンバー１３０　にプロセスガスが流入されウエハー１３３　を処理（プロセス作業）され、真空チャンバー１３０　の圧力を上げて行うために、スライドプレート１０９　を移動して開口部１０７　を小さく三日月型にしてコンダクタンスを小さくし、スライドバルブの排気能力を制限する。このとき、プロセスガスの流入と真空チャンバー１３０　内のガスの流出とをバランスさせて、真空チャンバー１３０　内を所定の圧力を維持する。
【０００６】
プロセスガスの流入と真空チャンバー１３０　内のガスの流出とをバランスさせる場合、スライドプレート１０９　の絞りの度合いは、開口部１０７　の大きさが全開のときの数％以下であるといわれている。特許文献１のスライドバルブの流路１０６　の直径は、通常用途で１５０　〜３２０ｍｍ　という大口径であり、シールリング１１１　をスライドプレート１０９　とのシール状態から図９（ｂ）　の非シール状態へ移行させるだけで、開口部１０７　の大きさが全開のときの略２％になるといわれている。しかも、大口径の流路１０６　でスライドプレート１０９　を移動させることにより開口量を制御するので、微小な開口面積制御を行うためには、精密なサーボモータを用いて移動量の微細な制御を行うことが必要となる。しかも、サーボモータとハウジング１０１　とが直結されているので、高温化されたスライドバルブからサーボモータを保護することは困難である。
【０００７】
【特許文献２】
図１０は、特許文献２（特開平９−１３７８７９号公報）に記載されたＬ字形の排気バルブを示す。図１０において、第１ボディ１５２　の右側にはチャンバーポート１５０　が配設され、第１ボディ１５２　の下側にはポンプポート１５１　が配設されている。チャンバーポート１５０　の中心軸とポンプポート１５１　の中心軸とは直角に交差し、チャンバーポート１５０　からポンプポート１５１　に到る流路はＬ字形となっている。チャンバーポート１５０　は真空チャンバーの排気口に連通され、ポンプポート１５１　は真空ポンプの吸入口に連通されている。チャンバーポート１５０　とポンプポート１５１　との間には、ポンプポート１５１　側の主弁体１５３　と主弁座１５４　からなる主弁と、副弁体１５５　と副弁座１５６　からなる副弁が配設されている。主弁体１５３　と副弁体１５５　はポンプポート１５１　の中心軸に対して平行な方向に移動し、主弁体１５３　及び副弁体１５５　はそれぞれ主復帰ばね１５７　及び副復帰ばね１５８　により閉鎖方向に付勢されている。
【０００８】
真空チャンバー内の気体を排出するときは、まず作動流体を副ポート１６０　から副圧力室１６１　に流入させ、副ピストン１６２　、副軸１６３　、副弁体１５５　を上昇させる。真空チャンバーからの気体は、チャンバーポート１５０　から流路１６４　、副弁体１５５　と副弁座１５６　との間の間隙、ポンプポート１５１　を通って排出される。副弁体１５５　と副弁座１５６　の直径は相当小さいので、真空チャンバー内のガスはは緩速で流速を調節されながら排気される。真空チャンバー内の圧力が十分に低下し、塵埃を巻き上げるほどのガスの乱流が生じない程度の圧力に達すると主弁を開く。作動流体を主ポート１６６　から主圧力室１６７　に流入させ、主ピストン１６８　、主軸１６９　、主弁体１５３　を上昇させる。真空チャンバーからの気体は、チャンバーポート１５０　から主弁体１５３　と主弁座１５４　との間の隙間、ポンプポート１５１　を通って急速に排出される。
【０００９】
従来例の欠点について説明する。
▲１▼　特許文献１のスライドバルブでは、大径のスライドプレート１０９　のみを、流路と平行方向及び垂直方向に移動させて流路１０６　を開閉するので、細分化できる絞りを設けること、すなわち精密な制御が不可能であった。特許文献２の排気バルブでは大径の主弁と小径の副弁を備えているので、流量の精密な制御が可能であるが、チャンバーポート１５０　からポンプポート１５１　への流路がＬ字形に屈折しているので、流路の抵抗が大きい。そして、入口側ポートから出口側ポートへの流路が直進形で流路の抵抗が小さい特許文献１のスライドバルブに、流路がＬ字形の特許文献２の排気バルブをそのまま適用することはできない。
また、図９（ｂ）　において、スライドプレート１０９　とシールリング１１１　とは、コンダクタンス零のシール状態から非シール状態になる間の制御機構が明示されていない。口径２００ｍｍ　のバルブでシールを解除し、シール状態から非シールになる間１ｍｍだけストロークするとすれば、そのコンダクタンスはバルブ全開時の略２％となる。０から略２％までのコンダクタンスは制御が不可能であり、コンダクタンス制御ができるのは略２％以上となる。
▲２▼　前記の図９（ａ）　〜（ｃ）　の従来例において、真空チャンバー１３０　にプロセスガスを流入させかつ排気を絞ってウエハー１３３　を処理する場合、排気バルブの開口形状が三日月型となって、満月形に配置されたウエハー１３３　の形状と異なる。そのため、同一ウエハー１３３　の開口部の近傍の圧力は低くなるが、スライドプレート１０９　により閉じられている箇所の圧力が高くなる。このように圧力分布が異なっているため、ウエハー１３３　に付着するガス量が部分的に異なり、ウエハー１３３　の出来上がりが不均一になる。
▲３▼　図９（ｂ）　のＯリング１１４　は、流路１０６　の内壁面に接触し、プロセスガスにさらされながら左右方向に摺動するので、その磨耗を防ぐためＯリング１１４　にグリスが塗られている。そのため、プロセスガスや副生成物によりグリスとシール材が劣化するので、頻繁にメンテナンスする必要があり、またグリスが真空チャンバーに逆拡散する危険性もある。
▲４▼　図９（ａ）　のサーボモータ１０８　は、スライドバルブのポンプの取付面側に突出しているので、スライドバルブにポンプを接続するときの作業が困難であり、多くの工数を要する。
▲５▼　図９（ａ）　のサーボモータ１０８　は下部ハウジング１０２　に固定されているので、メンテナンスのためスライドプレート１０９　を取り外す場合、上部ハウジング１０３　を下部ハウジング１０２　から外しても、サーボモータ１０８　の関連部品が障害になる。また、下部ハウジング１０２　内のシールリング１１１　の取外しは更に困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、入口側ポート（チャンバーポート）から出口側ポート（ポンプポート）への流路が直進形のゲートバルブにおいて、流路に対して平行方向及び垂直方向に移動される主弁体に副弁を配設して、主弁のシール状態のとき副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することを第１課題とし、副弁が全開状態のとき主弁を調節して流路を流れる流体の流量を精密に制御することを第２課題とし、真空チャンバーにおける処理のために排気を絞る場合、ゲートバルブの開口形状をチャンバーポートの中心に対し対称なものとなすことを第３課題とし、ゲートバルブのバルブ本体、弁体、シール面（弁座）との間に摺動面をなくし、摺動面をシールするシール材を不要とすることを第４課題とし、ゲートバルブのポンプ取付面側に弁体の駆動源等を配置せず、ポンプ接続の作業性を良好なものとすることを第５課題とし、主弁体及び副弁を含むシートアッシーの輸送及びメンテナンスを容易にすることを第６課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために、バルブ本体にチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、バルブ本体に主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能にされ、主弁のシール位置（閉鎖位置）では主弁体（の主弁シール面）が主弁座と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置（開放位置）では主弁体と主弁座との間隔を調整してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向（略垂直方向）に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、
主弁体には主弁体を貫通する副弁ポートが形成され、主弁体の反主弁座側（後記副弁体の側）で副弁ポートの周縁に副弁座が形成され、流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能な副弁体が配設され、主弁のシール位置で副弁体を移動させることにより副弁体と副弁座との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御する流量制御機構付きゲートバルブとすることを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、バルブ本体に環状シリンダ室が形成され、環状シリンダ室内に環状ピストンが摺動自在に配設され、環状ピストンに固定された複数個のロッドの先端が副弁体と接触可能に配設され、環状シリンダ室のヘッド側室に複数個のピストンスプリングが配設され、主弁体と副弁体との間に主弁体と副弁体とを離隔させる方向に作用する複数個の副弁スプリングが配設され、ピストンスプリングの弾発力により副弁体と副弁座とが近づき、かつ主弁体と主弁座とが近づく方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力による力及び副弁スプリングの弾発力により、副弁体が副弁座から離隔する方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより副弁体と副弁座との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を制御することを第２構成とする。
本発明は、第２構成において、バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部と前記側壁との間に弁スプリングが配設され、弁スプリングの弾発力により主弁体が主弁座から離隔する方向に付勢され、弁スプリングの弾発力は全副弁スプリングの弾発力よりも小さくかつ全副弁スプリングの弾発力は全ピストンスプリングの弾発力よりも小さく設定され、主弁体と副弁体との間には主弁体（副弁座）と副弁体との最大離隔距離を設定するフックが配設され、主弁体と副弁体とが最大離隔距離にある（副弁全開の）とき、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより主弁体と主弁座との間隔を調整し、主弁体と主弁座と間を流れる流体の流量を制御することのできることを第３構成とする。
本発明は、第２，第３構成において、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を液体圧力（非圧縮性流体圧力）としたことを第４構成とする。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の弁ボディに流路が形成され、バルブ本体のボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータの作動により揺動軸が回動され、シートアッシーが弁ボディ内からボンネット内に移動され、流路の開口が調整されることを第５構成とする。
本発明は、第１〜第５構成において、チャンバーポートの中心線、主弁体の中心線及び副弁ポート（そして副弁体）の中心線が同一線上に配置され、チャンバーポートの同一半径上の圧力を均一にさせたことを第６構成とする。
本発明は、第１〜第６構成において、主弁体と主弁座との間（の当接部）に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間（の当接部）に副パッキンが配設されたことを第７構成とする。なお、第７構成において、主パッキンは主弁体の主弁座側に装着され、副パッキンは副弁座側又は副弁体側に装着されるようにしてもよい。
本発明は、第７構成において、主弁体と副弁体との間にプラスチック製の環状停止板を介在させ、主弁体（副弁座）と副弁体との最小距離を一定に保ち、副パッキンの圧縮量を一定にするすることを第８構成とする。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置されたことを第９構成とする。
本発明は、バルブ本体の弁ボディにチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、かつ主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能にされ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、
バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体が柄を介して連結具（例えばボルト）により固定され、弁ボディに主弁体の移動空間が形成されるとともに弁ボンネットに主弁体の収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結されたことを第１０構成という。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して連結具（例えばボルト）により固定され、弁ボディにシートアッシーの移動空間が形成されるとともに弁ボンネットにシートアッシーの収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結されたことを第１１構成とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態を示す。図１に示すとおり、バルブ本体１０は弁ボディ１１、弁ボンネット１２及びカバー１３から構成されている。バルブ本体１０には、チャンバー側（図１の右側）のチャンバーポート１５からポンプ側（図１の左側）のポンプポート１６に到る直進形の流路１７が形成され、流路１７の軸線に対して垂直方向に移動するシートアッシー１９（主弁体２０・副弁体２２を含む）の移動空間７６が形成されている。弁ボディ１１のチャンバー側の側壁２６の下端部とポンプ側の側壁２７の下端部とは下壁によって接続され、側壁２６と側壁２７の上端面にはそれぞれボンネットシール５０を介して弁ボンネット１２の側壁２８と側壁２９が接続され、弁ボディ１１と弁ボンネット１２とはボルト５１（図６参照）により固定されている。弁ボンネット１２の側壁２８と側壁２９の上端部は上壁により接続されている。弁ボディ１１のポンプ側の側壁２７の表面には環状のカバー１３がボルトにより固定され、カバー１３のポンプポート１６と弁ボディ１１の流路１７とは同一直径で同一軸線上に配置されている。
【００１３】
バルブ本体１０の弁ボディ１１のチャンバーポート１５の内側（図１では左側）周縁に主弁座２１（図７参照）が形成され、主弁座２１の対向位置に主弁体２０の主弁シール面７８（図７，８参照。以下、単に主弁体２０と称することがある）が配設され、主弁体２０が流路１７と平行方向に移動可能に配置されている。主弁（主弁体２０と主弁座２１からなる）のシール位置（閉鎖位置）では、主弁体２０（の主弁シール面７８）が主弁座２１と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置（開放位置）では主弁体２０と主弁座２１との間隔を調節してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができる。主弁体２０と主弁座２１とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体２０及び後記副弁体２２を含むシートアッシー１９が、流路１７に対して垂直方向（主弁座２１に対して平行方向）に移動（揺動又は往復動）して流路１７の開口面積に変えることができる。主弁体２０には主弁体２０を貫通する副弁ポート２３が形成され、主弁体２０の反主弁座側８０（図４では左側）で副弁ポート２３の周縁に副弁座２４（図４参照）が形成され、流路１７と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能な副弁体２２が配設されている。主弁のシール位置で副弁体２２を移動させることにより副弁体２２の副弁シール面７９（図４参照，以下、単に副弁体２２と称することがある）と副弁座２４との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御する。なお、副弁体２２と副弁座２４とによって副弁が構成される。
【００１４】
弁ボンネット１２の側壁２９に挿通孔３２（図７参照）が形成され、挿通孔３２に揺動軸３１が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、挿通孔３２と揺動軸３１との間は単数個又は複数個（例えば２個）の軸シール５３によって密封されている。側面視で円形の主弁体２０の端部には柄５２（図６参照）が結合されており、揺動軸３１の内側（図１では右側）端部に柄５２がボルト５４により連結されている。揺動軸３１の外側端部の拡径部が支え板５５の支持孔８１により回動自在かつ往復動可能の状態に支持され、支え板５５は側壁２９の表面より所定の間隔をおいて弁ボンネット１２に連結されている。揺動軸３１の外周にはスラスト玉軸受５６が配設され、スラスト玉軸受５６と側壁２９との間には弁スプリング５７が介装されている。弁スプリング５７の弾発力によりスラスト玉軸受５６は、拡径部右端の段差部及び支え板５５の内側面に向かって付勢され、このとき主弁体２０が主弁座２１から離隔する方向に付勢されている。
【００１５】
チャンバーポート１５、主弁体２０、副弁ポート２３、副弁体２２の各中心線は同一線上にある。主弁座２１と主弁体２０との間は主パッキン５８によりシールされ、主パッキン５８は主弁座２１と対向する主弁体２０（の主弁シール面７８）の環状溝に装着されている。副弁座２４と副弁体２２との間は副パッキン５９によりシールされ、図面では副パッキン５９は主弁２０の副弁座２４の環状溝に装着されている。なお、副弁体２２の副弁ポート２３と対向する箇所には、テーパ部６０及び突出部が形成されている。主弁体２０のポンプ側８２の側面の有底孔と副弁体２２の真空チャンバー側８３の側面の有底孔との間に、主弁体２０と副弁体２２とを離隔させる方向に作用する副弁スプリング６１が配設され、こうした副弁スプリング６１は複数個の有底穴に複数個配設されている。主弁体２０と副弁体２２との間には、主弁体２０と副弁体２２との最大離隔距離を設定する複数個のフック６２が配設されている。図８に示されているように、フック６２には小径部と顎部６３が形成され、フック６２の小径部は副弁体２２の挿通孔６５に挿通され、小径部の基端が主弁体２０に固定されている。挿通孔６５のポンプ側の外周部に受け部６４が形成され、顎部６３が受け部６４と係合して最大隔離距離が設定されている。
【００１６】
図１に示すとおり、弁ボディ１１の側壁２７とカバー１３との間に環状シリンダ室３３が形成され、環状シリンダ室３３内に環状ピストン３４が摺動自在に配設されている。環状ピストン３４に固定された複数個（例えば４個）のロッド３５が、側壁２７の挿通孔６６（図７参照）に挿通され、ロッド３５と挿通孔６６との間はロッドパッキン６７及びロッドシール６８により密封されている。ロッド３５の先端が、側壁２７の真空チャンバー側の側面から突出して、副弁体２２の外周部のポンプ側８２の側面と接触可能に配設されている。環状シリンダ室３３のヘッド側室３６に複数個（例えば４個）のピストンスプリング３８が配設され、全ピストンスプリング３８の弾発力は全副弁スプリング６１の弾発力よりも強く、全副弁スプリング６１の弾発力は弁スプリング５７の弾発力よりも強い。全ピストンスプリング３８の弾発力により、全副弁スプリング６１の弾発力に抗して、副弁体２２と副弁座２４が近づく方向に付勢され、弁スプリング５７の弾発力に抗して主弁体２０と主弁座２１が近づく方向に付勢されている。
【００１７】
環状シリンダ室３３のロッド側室３７の流体圧力による力が、全ピストンスプリング３８の弾発力に抗して環状ピストン３４・ロッド３５をポンプ側に移動させる。このことにより、全副弁スプリング６１・弁スプリング５７の弾発力により、第１に副弁体２２が副弁座２４から離隔する方向に付勢され、第２に主弁体２０が主弁座２１から離隔する方向に付勢される。そして、前記第１の状態のとき、環状シリンダ室３３のロッド側室３７の流体圧力を変えることにより副弁体２２と副弁座２４との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を精密に制御することができる。前記第２の状態のとき、主弁体２０と副弁体２２とが最大離隔距離（副弁が全開放）にあり、環状シリンダ室３３のロッド側室３７の流体圧力を変えることにより、主弁体２０と主弁座２１との間隔を調整し、この間隔を流れる流体の流量を制御することができる。
【００１８】
図６，図７に示すとおり、揺動軸３１の外側端部が伝達機構４０を介して往復動形流体圧アクチュエータ４１の出力軸（ロッド）４２に連結され、揺動軸３１が軸方向に移動しても、揺動軸３１と出力軸４２との連結が維持される。伝達機構４０は、揺動軸３１の外側端部に固定されたアーム４３、アーム４３の先端部の離隔（揺動軸３１と平行に離隔）した２枚の板に形成された長穴４４、２つの長穴４４に係合し長穴４４内を移動できる支持軸４５、出力軸４２の先端を支持軸４５に沿って移動できる機構４９から構成されている。主弁体２０と主弁座２１とが所定距離だけ離れ、ロッド３５が側壁２７の真空チャンバー側の側面から移動空間７６に突出しない移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータ４１の伸長作動により揺動軸３１が回動され、シートアッシー１９（主弁体２０、副弁体２２、副弁スプリング６１、フック６２、主パッキン５８、副パッキン５９からなる）が弁ボディ１１から弁ボンネット１２の収納室４６に移動され、流路１７の開口が全開とされる。なお、図６において、カバー１３のポンプ側面に複数個（例えば１２個）のボルト孔７５が示されている。
【００１９】
次に本発明の実施の形態の作動について説明する。流量制御機構付きゲートバルブを使用する場合、チャンバーポート１５が真空チャンバーに連通され、ポンプポート１６が排気ポンプに連通されている。図１に示すとき、シートアッシー１９が弁ボディ１１内の移動空間７６に位置し、環状シリンダ室３３のロッド側室３７及びヘッド側室３６がそれぞれポート３９及びポート４７を介して大気圧側（例えば油圧タンク側）に連通されている。なお、ヘッド側室３６をポート４７を介して圧力源側に連通させることも可能であるが、ここではヘッド側室３６を常時大気圧に維持するとして説明する。全ピストンスプリング３８の弾発力が、全副弁スプリング６１・弁スプリング５７の弾発力に抗し、環状ピストン３４・ロッド３５を介して、副弁体２２・主弁体２０を閉鎖方向に付勢している。主弁体２０が主パッキン５８を介して主弁座２１に押し付けられ、副弁体２２が副パッキン５９を介して副弁座２４に押し付けられ、主弁・副弁が閉じ、流路１７が遮断されている。なお、バルブ本体１０の外部と内部との間は、既に説明した軸シール５３、ボンネットシール５０のほか、弁ボディ１１とカバー１３との間をカバー外シール７０・カバー内シール７１でシールされている。また、環状ピストン３４の外周面及び内周面の環状凹部には、それぞれピストン外パッキン７２及びピストン内パッキン７３が装着されている。そして、ピストン外パッキン７２及びピストン内パッキン７３によって環状ピストン３４の外周面・内周面と環状シリンダ室３３の外周面・内周面との間がシールされている。
【００２０】
図１に示すとき、主パッキン５８の直径よりも副パッキン５９の直径の方が小さいので、副パッキン５９が過剰に圧縮される可能性がある。このことを防ぐため、主弁体２０と副弁体２２との間にプラスチック製の環状停止板４８を介在させ（実際には主弁体２０の環状溝に環状停止板４８を装着させ）、主弁体２０と副弁体２２との最小距離を一定に保ち、副パッキン５９の圧縮量を一定にする。従って、ピストンスプリング３８の弾発力は、環状ピストン３４からロッド３５、副弁体２２、副パッキン５９・環状停止板４８、主弁体２０へと順次に伝達される。このとき、主パッキン５８は、ピストンスプリング３８の弾発力とそれに対する主パッキン５８の反力が平衡した圧縮量だけ圧縮される。
【００２１】
副弁のみによる流量制御について説明する。真空チャンバーにプロセスガスを流入してプロセス作業を行うため、真空チャンバー内の圧力を例えば数ｍ　Ｔｏｒｒに上昇させる。ポンプポート１６側に連通させたポンプの排気速度が一定であるので、真空チャンバーとポンプとの間に絞りを設け、すなわちゲートバルブの副弁・主弁を調節して、真空チャンバーの圧力を上昇させる。
図１の状態で、環状シリンダ室３３のロッド側室３７の圧力を上昇させると、環状シリンダ室３３のロッド側室３７の流体圧力による力が、全ピストンスプリング３８の弾発力に抗して環状ピストン３４・ロッド３５をポンプ側に移動させる。このことにより、全副弁スプリング６１の弾発力により、副弁体２２が副弁座２４から離隔する方向に付勢され、副弁体２２と副弁座２４とのシールが解除され、図２に示す位置となる。環状シリンダ室３３のロッド側室３７の流体圧力を変えることにより副弁体２２（の副弁シール面７９）と副弁座２４との間隙を調整し、この間隙を流れる流体（矢印Ａ参照）の流量を精密に制御することができる。このとき、主弁体２０が主パッキン５８を介して主シール面２１に押し付けられ、主弁体２０と主シール面２１との間は密封され、主弁は閉鎖されている。
【００２２】
図２に示すとき、真空チャンバーからのガスは、チャンバーポート１５、副弁ポート２３を通り、副弁座２４の内周部と副弁体２２のテーパ部６０との間に間隙（副弁の間隙という）で絞られ、自由に通過できる排気用の貫通路７４、ポンプポート１６を通って、不図示のポンプにより排気される。環状シリンダ室３３のロッド側室３７の圧力上昇と副弁の間隙を流れるガス流量とは略比例するようにされている。副弁ポート２３の直径は、主弁座２１の内径よりも相当小さいので、ロッド側室３７の圧力上昇に対する副弁の間隙を流れるガス流量の増加は小さく、ガス流量の極めて精密な制御が可能である。
【００２３】
副弁の全開について説明する。図２において、ロッド側室３７の圧力をさらに上昇させていくと、環状ピストン３４・ロッド３５が左方へ移動し、副弁スプリング６１が伸長して副弁の間隙は大きくなる。しかし、副弁体２２と主弁体２０との最大離隔量、即ち副弁の最大間隙はフック６２によって制限されている。すなわち、図３に示す位置で、主弁体２０に固定されたフック６２の顎部６３が、副弁体２２の受け部６４に当接し、これ以上の主弁体２０と副弁体２２との離隔（副弁の間隙量の増大）は制限される。したがって、図３のとき、副弁が全開となり、副弁のみの流量が最大となる。
【００２４】
副弁全開の状態での、主弁による流量制御について説明する。図３の副弁全開の状態でロッド側室３７の圧力をさらに上昇させていくと、ロッド側室３７の流体圧力による力が、全ピストンスプリング３８の弾発力に抗して環状ピストン３４・ロッド３５をポンプ側にさらに移動させる。このとき、弁スプリング５７の弾発力は、スラスト玉軸受５６を介して揺動軸３１の段差、ボルト５４、柄５２、主弁体２０へ伝えられている。弁スプリング５７による主弁体２０の左方への移動、主弁体２０の主弁シール面７８（図３では主パッキン５８）が主弁座２１から離れ（主弁のシールが解除され）、主弁体２０と主弁座２１との間の環状間隔（主弁の環状間隔という）を通ってガスが流れる。図３と図４との間の状態で、副弁が全開で、主弁による流量制御が行われる。そして、主弁体２０と副弁体２２とが最大離隔距離にあり、ロッド側室３７の流体圧力を変えることにより、主弁体２０と主弁座２１との間隔を調整し、この間隔を流れる流体（矢印Ｂ参照）の流量を精密に制御することができる。
【００２５】
図４は、環状ピストン３４が左へ進んでカバー１３の右側側面に当接した状態を示し、このとき主弁の流量が最大となる。また、図４では、弁スプリング５７により付勢されるスラスト玉軸受５６が、支え板５５の内側側面に当接して停止し、主弁座２１と主弁体２０との間隔が最大になる。主弁座２１と主弁体２０との間隔、副弁体２２のポンプ側（左側）側面と弁ボディ１１のポンプ側の側壁２７の内側面（右側面）との間隔、及びロッド３５の先端と副弁体２２のポンプ側側面との間隔が、それぞれ所定間隔に維持され、ロッド３５が側壁２７のチャンバー側面から突出することがない。シートアッシー１９を弁ボディ１１内の移動空間７６から弁ボンネット１２の収納室４６への移動のために揺動する待機位置となる。
【００２６】
シートアッシー１９の移動による流路１７の開口制御について説明する。まず、揺動軸３１のポンプ側（左側）への移動により、アーム４３がポンプ側へ移動した（図３から図４へ）が、そのとき出力軸４２の先端が支持軸４５に沿って移動しており、アーム４３の位置ズレは補正されている。図４の移動待機位置で、流体圧アクチュエータ４１を作動させて、出力軸４２を伸長させると、伝達機構４０を介して揺動軸３１が、図６の側面視で時計方向に回動する。この回動により、シートアッシー１９は、図４の弁ボディ１１内の位置から、図５・図６の弁ボンネット１２の収納室４６へと移動され、移動の過程において流路１７を流れるガスの流量が急増する。移動終了後に流路１７が全開となり、チャンバーポート１５とポンプポート１６との間には何の障害物も存在しない。なお、図５において、主弁体２０及び副弁体２２は側面が示されている。
【００２７】
シートアッシー１９のメンテナンスや移動は、図５・図６に示されるようにシートアッシー１９が弁ボンネット１２の収納室４６に収納されたときに、ボルト５１を外し、弁ボンネット１２を弁ボディ１１から分離させた後に行う。シートアッシー１９を弁ボンネット１２に収納したままで移動させれば、シートアッシー１９が他の物体に接触することがないので、移送の安全性が確保できる。
このようにシートアッシー１９を弁ボンネット１２に収納した状態で弁ボンネット１２を弁ボディ１１から外すために、弁ボディ１１の主弁座２１にシートアッシー１９等の接触による損傷を起こすことがない。また、ボルト５４を外してシートアッシー１９を弁ボンネット１２・揺動軸３１から取り外した状態（シートアッシー１９が剥き出しの状態）で、シートアッシー１９を分解洗浄したり、主パッキン５８、副パッキン５９、副弁スプリング６１等を取り外し、洗浄済の部品や交換すべき部品の取り付けを簡単に行うことができる。メンテナンス時間が短縮され、メンテナンス費用が低減する。
【００２８】
流路１７の開口が全開された状態（図５，図６参照）から、流路１７が遮断された状態（図１参照）に戻すことについて説明する。まず、ロッド室３７を所定圧力にして、環状ピストン３４が左へ進んでカバー１３の右側側面に当接した状態、すなわちロッド３５が側壁２７のチャンバー側の側面から突出することがない状態の移動待機位置とする。このとき、弁スプリング５７の作用により、揺動軸３１はポンプ側に移動しているので、主弁体２０は側壁２８のポンプ側の側面から所定距離だけ離れており、この位置で揺動軸３１を回動させても主弁体２０と主弁座２１とが所定距離だけ離隔した位置となる。次に、流体圧アクチュエータ４１を作動させて、出力軸４２を後退させると、伝達機構４０を介して揺動軸３１が、図６の側面視で反時計方向に回動し、シートアッシー１９が弁ボディ１１の移動空間７６に移動する。ロッド室３７の圧力を大気圧に下降させると、弁スプリング５７の弾発力及び全副弁スプリングの弾発力に抗して、全ピストンスプリング３８の弾発力が環状ピストン３４、ロッド３５を付勢し、主弁及び副弁の閉鎖方向に移動させ、図１の状態となる。
【００２９】
主弁体２０及び副弁体２２の移動量と流路１７を流れるガスの流量増加の関係を考えると、副弁のみの制御のときは、副弁体２２の流路１７に平行な移動量の変化に対するガスの流量の変化は小さく、最も精密な制御が可能である。次に、副弁が全開で主弁による制御を行うときは、主弁体２０の流路１７に平行な移動量の変化に対するガスの流量の変化は小さくなく、適度な制御が可能である。そして、シートアッシー１９を流路１７の軸線に垂直に移動させるときは、シートアッシー１９の移動量の変化に対するガスの流量の変化は大きい。従って、流路１７を流れるガスの流量が０から、流路１７の開口部の全開の場合の数％までの流量制御は、副弁のみの制御により行われることが望ましく、止むを得ない場合は、副弁及び主弁の調節により流量制御を行う。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２の流量制御機構付きゲートバルブは、入口側ポート（チャンバーポート）から出口側ポート（ポンプポート）への流路が直進形のゲートバルブにおいて、流路に対して平行方向及び垂直方向に移動される主弁体に副弁を配設して、主弁のシール状態のとき副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することができる。
請求項３，４の流量制御機構付きゲートバルブは、副弁が全開状態のとき主弁を調節して流路を流れる流体の流量を精密に制御することができる。請求項５の流量制御機構付きゲートバルブは、副弁及び主弁が全開状態のとき、シートアッシーを流路に対して垂直方向へ移動させ、流路の開口の調節により流量を急速に変化させることができる。
請求項６の流量制御機構付きゲートバルブでは、チャンバーポートの同一半径上の圧力を均一にさせるので、真空チャンバーにおける処理のために排気を絞る場合、ゲートバルブの開口形状がチャンバーポートの中心に対し対称なものとなっており、外径側どうしでの圧力差が生じなく、真空チャンバーのワークの仕上がりが均一となる。
請求項７，８の流量制御機構付きゲートバルブでは、主弁体と主弁座との間に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間に副パッキンが配設され、主弁体・副弁体は流路に平行な方向に移動し、主パッキン及び副パッキンは当接面に配置されている。従って、ゲートバルブのバルブ本体、弁体、シール面（弁座）との間に摺動面が存在せず、摺動面をシールするシール材（パッキン）が不要となる。
請求項９の流量制御機構付きゲートバルブでは、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置されているので、ゲートバルブのポンプ取付面側に弁体の駆動源等を配置せず、ポンプ接続の作業性を良好なものとなる。
請求項１０〜１１のゲートバルブでは、シートアッシーが弁ボンネットの収納室にあるときに、弁ボディと弁ボンネットとを分離させ、シートアッシーを揺動軸から外すことができるので、主弁体及び副弁を含むシートアッシーの輸送及びメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１〜５は、本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態の左側面図（図６）の一点鎖線の断面を矢印Ｉ−Ｉ方向に見た断面図であり、図１は主弁及び副弁が閉鎖され、流路が遮断された状態を示す図面である。
【図２】主弁が閉鎖され、副弁の間隙を調節して流量を制御している状態を示す図面である。
【図３】主弁が閉鎖され、副弁が全開となった状態を示す図面である。
【図４】副弁が全開で、主弁体が主弁シートから所定距離だけ離れ、シートアッシーが移動待機状態のときの図面である。
【図５】シートアッシーが弁ボンネットの収納室に位置している状態を示す図面である。
【図６】本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態の左側面図である。
【図７】図４の上方部の拡大図である。
【図８】図４の下方部の拡大図である。
【図９】図９（ａ）　は特許文献１のスライドバルブの平面図であり、図９（ｂ）　は図９（ａ）　のＩＩＩ−ＩＩＩ　線の拡大部分断面図であり、図９（ｃ）　は、半導体の薄膜形成装置のチャンバー室にゲートバルブを連結させた状態を示す説明図である。
【図１０】特許文献２に記載されたＬ字形の排気バルブの縦断面図である。
【符号の説明】
１０　バルブ本体
１５　チャンバーポート
１６　ポンプポート
１７　流路
１９　シートアッシー
２０　主弁体
２１　主弁座
２２　副弁体
２３　副弁ポート
２４　副弁座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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