(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ロッドを前進させる一方、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、前記ロッドを後退させるアクチュエータを有し、
前記アクチュエータにより、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させること、
前記ピストンと前記出力用コイルバネの上端に載置するコイルバネ押さえとの間に、伝達ロッドが介装され、前記ピストンが、前記伝達ロッドを介して、前記コイルバネ押さえを移動させ、前記コイルバネ押さえの上面に一端部が圧接する前記レバーの他端部を、前記コイルバネ押さえの移動方向と反対方向に移動させることにより、前記出力用コイルバネと前記復帰用コイルバネとが並列に設置されていること、を特徴とする流体制御バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載する流体制御バルブにおいて、
前記弁体がダイヤフラムであること、を特徴とする流体制御バルブ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する流体制御バルブにおいて、
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、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させる流体制御バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置に使用される流体制御バルブのうち、高温の流体を制御するものについては、熱負荷に対抗するため、殆どの部材を金属材料で製作している。従って、金属製の弁体を金属製の弁座に密着させて、金属製の弁体で金属製の弁座をシールするためには、金属製の弁体を金属製の弁座に強く押しつける必要がある。
【０００３】
そこで、例えば、図９や図１０に示された流体制御弁においては、金属製の弁体を金属製の弁座に強く押しつけるために、特開平９−２６０５２に記載されたアクチュエータを駆動部として使用している。
【０００４】
ここで、図９と図１０について説明すると、図９と図１０に示された流体制御弁は、金属製の弁体として、金属製のダイヤフラム１１４を使用したものである。そして、図９において、アクチュエータ１００のハウジングキャップ１０１の高圧空気導入口１０２より、空気室１０３に高圧空気を導入させると、ピストン１０５が押し出され、これにより、カム１０６の他端のローラ１０７が押されてピン１０８を中心に回動し、図１０に示すように、カム１０６の一端がフランジ１０９を押して、軸１１０をピストン１０５の押出方向とは逆の方向に移動させる。これにより、軸１１０と結合されているステム１１１がスプリング１１２に抗して一体に移動するので、ダイヤフラム押し込みピース１１３の押圧力がそう失し、その結果、ダイヤフラム１１４は自身の弾性復元力によって弁座１１５から離間するので、ガス流入通路１１６とガス流出通路１１７が相互に連通し、弁開状態となる。
【０００５】
一方、空気室１０３から高圧空気を排出させると、ピストン１０５を押し出す力が無くなり、カム１０６の他端のローラ１０７が解放されるので、図９に示すように、軸１１０と一体のステム１１１がスプリング１１２の復元力により弁本体１１８側に移動し、そのため、ダイヤフラム押し込みピース１１３が押圧されるので、ダイヤフラム１１４が弁座１１５に圧接し、弁閉状態となる。
【０００６】
すなわち、図９や図１０に示された流体制御弁においては、ステム１１１に対し、スプリング１１２の復元力を弁本体１１８側へ直接に作用させることにより、金属製のダイヤフラム１１４を金属製の弁座１１５に強く押しつけていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９や図１０に示された流体制御弁においては、カム１０６、ローラ１０７、ピン１０８などで構成される梃子機構が、金属製のダイヤフラム１１４を金属製の弁座１１５に強く押しつけるための手段としてでなく、金属製のダイヤフラム１１４を金属製の弁座１１５から離間させる際に、上述したスプリング１１２の復元力に対抗する手段として用いられている。
【０００８】
従って、金属製のダイヤフラム１１４で金属製の弁座１１５をシールするために必要な推力を、ステム１１１に直接に作用するスプリング１１２の復元力のみで確保しており、そのため、スプリング１１２の外径の最小化に限界が生じ、アクチュエータ１００の小型化を妨げる大きな要因になっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、金属製の弁体で金属製の弁座をシールするために必要な推力（以下、「シール推力」という）を確保しつつ小型化を図ったアクチュエータを有する流体制御バルブを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、流体制御バルブであって、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ロッドを前進させる一方、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、前記ロッドを後退させるアクチュエータを有し、前記アクチュエータにより、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させること、を特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載する流体制御バルブにおいて、前記弁体がダイヤフラムであること、を特徴とする流体制御バルブ。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載する流体制御バルブにおいて、半導体製造装置に使用されること、を特徴としている。
【００１３】
このような特徴を有する本発明の流体制御バルブは、レバーなどを有する梃子機構、ピストン、ロッド、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、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・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ロッドに前進方向の推力が発生するので、金属製の弁体が金属製の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、ロッドに後退方向の推力が発生するので、金属製の弁体が金属製の弁座から離間することになる。
【００１４】
従って、本発明の流体制御バルブでは、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、ロッドに前進方向の推力を発生させて、金属製の弁体を金属製の弁座に密着させており、これにより、「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、「シール推力」を確保しつつ小型化を図ったアクチュエータを有する流体制御バルブを提供することが可能となる。
【００１５】
尚、これらの点については、アクチュエータにより、金属製のダイヤフラムを金属製の弁座に密着・離間させる流体制御バルブにおいても、同様である。
【００１６】
また、半導体製造装置においては、高温度の流体を制御することが多く、そこで使用される流体制御バルブには、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させる構造を必要とする。さらに、半導体製造装置で使用される場合には、流体制御バルブに対して、常に、より高度な遮断性や、より一層の小型化が求められる。従って、それらの観点からするならば、本発明の流体制御バルブは最適であると言うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１と図２に、本実施の形態の流体制御バルブ１の断面図を示す。図１は、ノーマル時の弁閉の状態を示したものである。図２は、非ノーマル時の弁開の状態を示したものである。
図１や図２に示すように、流体制御バルブ１は、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。
【００１８】
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。
【００１９】
梃子ベース１５には、図５の部分断面図や図６の背面図で示すように、その中心において、ロッド用嵌入口４２が形成され、その周辺において、等ピッチで３個の伝達ロッド用嵌通口４１が形成されるとともに、背面において、各々の伝達ロッド用嵌通口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７、図８参照）、図１や図２に示すように、回動可能に支持される。
【００２０】
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。
【００２１】
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の伝達ロッド用嵌通口４１（図５、図６参照）を嵌通した伝達ロッド１４が介装される。
【００２２】
また、ハウジング２２の内部には、その中心線上において、ロッド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、ロッド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の底面とロッド２１のフランジ部に圧接することになる。さらに、このとき、ロッド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、ロッド２１の上端が、梃子ベース１５のロッド用嵌入口４２（図５、図６参照）に嵌入されることになる。
【００２３】
尚、図３は、図１の線Ａ−Ａで切断した断面図であり、図４は、図１の線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【００２４】
また、弁本体３には、流入路３１と流出路３２が形成されており、流入路３１の末端に位置する弁座２７や流出路３２の始端などは、ダイヤフラム２６で覆われている。そして、ダイヤフラム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、ロッド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の下面にねじ込まれた第２ステム２５を介して、ダイヤフラム２６の上面に接面することになる。
【００２５】
そして、このような構成を有する流体制御バルブ１では、２５０℃程度の高温の流体を制御するために、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、ダイヤフラム２６はＮｉ−Ｃｏ合金で、その他の構成部品の多くはＳＵＳ３１６で製作されている。
【００２６】
次に、本実施の形態の流体制御バルブ１の動作について説明する。図１に示すように、ノーマル時のロッド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、ノーマル時のロッド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、ノーマル時のロッド２１は、弁本体３側に前進し、その結果、ロッド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がダイヤフラム２６を弁座２７に強く押しつけることができるので、ダイヤフラム２６や弁座２７が金属製であっても、弁閉状態となる。
【００２７】
一方、弁閉状態にある流体制御バルブ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、伝達ロッド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、ロッド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、ロッド２１はキャップ１１側に後退することになる。その結果、ロッド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、ダイヤフラム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、ダイヤフラム２６が弁座２７から離間し、弁開状態に移行することになる。
【００２８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の流体制御バルブ１は、レバー１６などを有する梃子機構、ピストン１３、ロッド２１、出力用コイルバネ１９、復帰用コイルバネ２０などを備えたアクチュエータ２によって、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁座２７に密着・離間させる。すなわち、ノーマル時では、図１に示すように、梃子機構のレバー１６の一端部に、コイルバネ押さえ１８を介して、出力用コイルバネ１９の付勢力が作用しており、そのため、レバー１６の他端部と係合するロッド２１に前進方向（弁本体３側）の推力が発生するので、金属製のダイヤフラム２６が金属製の弁座２７に密着することになる。一方、非ノーマル時では、ピストン１３が圧縮空気の圧力を受けて、図１から図２に示すように移動することにより、伝達ロッド１４とコイルバネ押さえ１８を介して、出力用コイルバネ１９が圧縮するので、レバー１６の一端部が出力用コイルバネ１９の付勢力から解放される。その結果、復帰用コイルバネ２０の付勢力により、ロッド２１に後退方向（キャップ１１側）の推力が発生するので、金属製のダイヤフラム２６が金属製の弁座２７から離間することになる。
【００２９】
従って、本実施の形態の流体制御バルブ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、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁座２７に密着させており、これにより、「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ので、「シール推力」を確保しつつ小型化を図ったアクチュエータ２を有する流体制御バルブ１を提供することが可能となる。
【００３０】
尚、本実施の形態では、「シール推力」の値は９８０Ｎであり、「シール推力」を梃子比で除した値である、最低限必要な出力用コイルバネ１９の付勢力の値は、４９０Ｎである。
【００３１】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態の流体制御バルブ１は、金属製のダイヤフラム２６を金属製の弁座２７に密着・離間させるものであったが、金属製のダイヤフラム２６に特に限定する趣旨ではなく、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させるものであってもよい。
【００３２】
また、本実施の形態では、流体制御バルブ１の使用場所については言及しなかったが、半導体製造装置においては、高温度の流体を制御することが多く、そこで使用される流体制御バルブには、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させる構造を必要とする。さらに、半導体製造装置で使用される場合には、流体制御バルブに対して、常に、より高度な遮断性や、より一層の小型化が求められる。従って、それらの観点からするならば、本実施の形態の流体制御バルブ１は最適であると言うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の流体制御バルブでは、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、ロッドに前進方向の推力を発生させて、金属製の弁体を金属製の弁座に密着させており、これにより、「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、「シール推力」を確保しつつ小型化を図ったアクチュエータを有する流体制御バルブを提供することが可能となる。
【００３４】
尚、これらの点については、アクチュエータにより、金属製のダイヤフラムを金属製の弁座に密着・離間させる流体制御バルブにおいても、同様である。
【００３５】
また、半導体製造装置においては、高温度の流体を制御することが多く、そこで使用される流体制御バルブには、金属製の弁体を金属製の弁座に密着・離間させる構造を必要とする。さらに、半導体製造装置で使用される場合には、流体制御バルブに対して、常に、より高度な遮断性や、より一層の小型化が求められる。従って、それらの観点からするならば、本発明の流体制御バルブは最適であると言うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体制御バルブの断面図であって、弁閉状態を示したものである。
【図２】本発明の流体制御バルブの断面図であって、弁開状態を示したものである。
【図３】図１の線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【図４】図１の線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【図５】本発明の流体制御バルブで使用される梃子ベースの部分断面図である。
【図６】本発明の流体制御バルブで使用される梃子ベースの背面図である。
【図７】本発明の流体制御バルブで使用されるレバーの正面図である。
【図８】本発明の流体制御バルブで使用されるレバーの側面図である。
【図９】従来技術の流体制御バルブの断面図であって、弁閉状態を示したものである。
【図１０】従来技術の流体制御バルブの断面図であって、弁開状態を示したものである。
【符号の説明】
１  流体制御バルブ
２  アクチュエータ
１３  ピストン
１６  レバー
１９  出力用コイルバネ
２０  復帰用コイルバネ
２１  ロッド
２６  ダイヤフラム
２７  弁座
【図１】
0004551542.tif 000002
【図２】
0004551542.tif 000003
【図３】
0004551542.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004551542.tif 000006
【図６】
0004551542.tif 000007
【図７】
0004551542.tif 000008
【図８】
0004551542.tif 000009
【図９】
0004551542.tif 000010
【図１０】
0004551542.tif 000011