(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ボデーのインポートとアウトポートとの間の通路に開閉弁及び流量調整弁が配設されたスムースベントバルブにおいて、
上記開閉弁と流量調整弁とが同軸上に配置されると共に開閉弁の通路と流量調整弁の通路とが直列に配置され、
上記開閉弁は、上記通路に設けた主弁座と、該主弁座を開閉する主弁体と、該主弁体に設けた主シャフトと、該主シャフトを開閉弁と流量調整弁とを配設した軸線の方向である主弁体の開閉方向に駆動する操作機構とを備え、
上記流量調整弁は、上記通路に設けた副弁座と、該副弁座に対向する副弁体と、該副弁体に設けた副シャフトと、該副シャフトを主弁体の開閉方向と同方向に駆動して副弁体を絞り位置から開位置に移動させる操作機構とを備えている、
ことを特徴とするスムースベントバルブ。
【請求項２】
主弁体の主シャフトが、開閉弁の操作機構を構成する主シリンダ内の流体圧駆動の主ピストンに連結され、
副弁体の副シャフトが、開閉弁の主弁座、主弁体、主シャフト及び主ピストンに挿通されて、流量調整弁の操作機構を構成する副シリンダ内の流体圧駆動の副ピストンに連結されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のスムースベントバルブ。
【請求項３】
主ピストン内に副シリンダ部を形成するとともに、該副シリンダ部内に副ピストンを摺動自在に嵌合した、
ことを特徴とする請求項２に記載のスムースベントバルブ。
【請求項４】
主シャフトが弁ボデーに挿通される部分を覆うようにして主弁体と弁ボデーとの間に主シャフトベローズが配設され、
副シャフトが主弁体に挿通される部分を覆うようにして副弁体と主弁体との間に副シャフトベローズが配設されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスムースベントバルブ。
【請求項５】
主シャフトが弁ボデーに挿通される部分を覆うようにして、ダイヤフラムシールの内周端部が開閉弁の主弁体に固定されるとともに、ダイヤフラムシールの外周端部が弁ボデーに固定され、
副シャフトが主弁体に挿通される部分を覆うようにして副弁体と主弁体との間に副シャフトベローズが配設されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスムースベントバルブ。
【請求項６】
上記副弁体を副弁座に当接するポペット形の流量調整弁として構成し、
上記副弁体の端面にＶ字状切欠溝を形成した、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスムースベントバルブ。
【請求項７】
弁ボデー端部の蓋体に雌ねじ部を有する中空アジャストねじが回転可能かつ軸方向移動不能の状態に連結され、アジャスト金具の雄ねじ部が中空アジャストねじの雌ねじ部に螺合され、アジャスト金具が副ピストンに相対回転不能かつ抜け出し不能の状態に連結され、副ピストンと蓋体との間に副スプリングが装着され、上記副ピストンに連結されたアジャスト金具により、副弁体による最少の絞り位置を調整可能にした、
ことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のスムースベントバルブ。
【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ャンバーに、真空チャンバー等に付着しているダストを巻き上げないように不活性ガスを供給して、真空チャンバーを真空状態から大気圧に戻すためのスムースベントバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置等の真空チャンバーには真空処理室とロードロック室（真空処理室と大気室との間の室）とがあり、ロードロック室内のウエハ等を大気中に取り出すため、真空状態にある真空チャンバー（ロードロック室）に窒素ガス等の不活性ガスを供給して真空を破壊する。このとき、真空チャンバー・配管内の床面や壁面に付着しているダスト（パーティクル）が注入ガスによって巻き上げられ室内に浮遊し、ウエハ上に付着して半導体の性能に悪影響を与える。ダストは付着した場所に留まり続けていれば、特に弊害とはならないので、真空破壊時のダストの浮遊を回避するため、ガス流量を徐々に増加させる装置が使用されている。
【０００３】
図６は従来の装置（例えば特開平２−２２９９８３号公報参照）を示し、ガス容器１と真空チャンバー10とが主通路２及び副通路３によって連通され、主通路２にはメインバルブ５が配設され、副通路３にはサブバルブ６と流量調整弁７が直列に配設されている。初期のガス供給は、ダストを巻き上げないように、サブバルブ６を開き、流量調整弁７で流量を下げて徐々に行う。ガスの主供給は、真空チャンバー10内の圧力が大気圧にある程度近づいたときに、メインバルブ５を開いて行い、ガスを大流量で流してもダストの巻き上げがない。従って、短時間で真空チャンバー10を大気圧に上昇させることができる。しかし、前記従来装置は、配管が複雑になりかつスペースを要する、部品の数が多く価格が上昇する、継手毎にリーク試験を行う必要がある、等の欠点がある。
【０００４】
真空チャンバーの排気流路に配設する装置であるが、メインバルブ、サブバルブ及び流量調整弁を一体化した真空装置用Ｌ型バルブが知られている（例えば実開平３−６１７５号公報参照）。従来の真空装置用Ｌ型バルブでは、バルブボデーのインポートとアウトポートとの間の流路に環状の主弁座が配置され、主弁座の対向位置に円板状の主弁体が配設されている。主弁体には貫通したオリフィスが配設され、主弁体の上部に略円板状の補助弁体が対向して配設されている。主弁体を主弁座から離すことにより、主弁体及び主弁座からなる主弁（開閉弁）が開かれ、主弁体を主弁座に接触させることにより、主弁が閉じられる。主弁が閉じられて、補助弁体が主弁体から離れているときは流体は主弁体のオリフィスを通して流れる。主弁が閉じられて、補助弁体が主弁体に接触されているときはオリフィスも閉じられる。前記従来の真空装置用Ｌ型バルブはハンドルで操作するものであって操作が不便であり、オリフィスの流量の調整ができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スムースベントバルブにおいて、開閉弁と流量調整弁とを直列に配設し、開閉弁と流量調整弁とを各別の操作機構により操作できるようにして、開閉弁の開閉操作及び流量調整弁の流量調整を精確に行うことを第１の課題とし、主シャフトベローズ及び副シャフトベローズにより主シャフト及び副シャフトを覆って供給ガスと接触しないようにすることを第２の課題とし、ダイヤフラムシール及び副シャフトベローズにより主シャフト及び副シャフトを覆って供給ガスと接触しないようにすることを第３の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、弁ボデーのインポートとアウトポートとの間の通路に開閉弁及び流量調整弁が配設されたスムースベントバルブにおいて、上記開閉弁と流量調整弁とが同軸上に配置されると共に開閉弁の通路と流量調整弁の通路とが直列に配置され、上記開閉弁は、上記通路に設けた主弁座と、該主弁座を開閉する主弁体と、該主弁体に設けた主シャフトと、該主シャフトを開閉弁と流量調整弁とを配設した軸線の方向である主弁体の開閉方向に駆動する操作機構とを備え、上記流量調整弁は、上記通路に設けた副弁座と、該副弁座に対向する副弁体と、該副弁体に設けた副シャフトと、該副シャフトを主弁体の開閉方向と同方向に駆動して副弁体を絞り位置から開位置に移動させる操作機構とを備えていることを特徴とするものである。
本発明の好ましい実施形態においては、主弁体の主シャフトが、開閉弁の操作機構を構成する主シリンダ内の流体圧駆動の主ピストンに連結され、副弁体の副シャフトが、開閉弁の主弁座、主弁体、主シャフト及び主ピストンに挿通されて、流量調整弁の操作機構を構成する副シリンダ内の流体圧駆動の副ピストンに連結されている。
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、主ピストン内に副シリンダ部を形成するとともに、該副シリンダ部内に副ピストンを摺動自在に嵌合する。
さらに、本発明の好ましい他の実施形態においては、主シャフトが弁ボデーに挿通される部分を覆うようにして主弁体と弁ボデーとの間に主シャフトベローズが配設され、副シャフトが主弁体に挿通される部分を覆うようにして副弁体と主弁体との間に副シャフトベローズが配設されている。
本発明の好ましい実施形態においては、主シャフトが弁ボデーに挿通される部分を覆うようにして、ダイヤフラムシールの内周端部が開閉弁の主弁体に固定されるとともに、ダイヤフラムシールの外周端部が弁ボデーに固定され、副シャフトが主弁体に挿通される部分を覆うようにして副弁体と主弁体との間に副シャフトベローズが配設されている。
本発明の好ましい実施形態においては、上記副弁体を副弁座に当接するポペット形の流量調整弁として構成し、上記副弁体の端面にＶ字状切欠溝を形成する。
本発明の好ましい実施形態においては、弁ボデー端部の蓋体に雌ねじ部を有する中空アジャストねじが回転可能かつ軸方向移動不能の状態に連結され、アジャスト金具の雄ねじ部が中空アジャストねじの雌ねじ部に螺合され、アジャスト金具が副ピストンに相対回転不能かつ抜け出し不能の状態に連結され、副ピストンと蓋体との間に副スプリングが装着され、上記副ピストンに連結されたアジャスト金具により、副弁体による最少の絞り位置を調整可能にする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１・図２は本発明のスムースベントバルブの実施の形態第１を示す。スムースベントバルブ11は、主弁体41と主弁座27等からなる開閉弁８と、副弁体29と絞り座（副弁座）23等からなる流量調整弁９とが直列に配設されている。開閉弁８は操作機構（主ピストン69、主シリンダ部36等からなる）により開位置又は閉位置に切り換えられ、流量調整弁９は操作機構（副ピストン78、副シリンダ部74等からなる）により絞り位置と開位置との間を、流量を連続的に変化させながら切り換えられるように構成されている。なお、実施の形態には副弁体29としてニードルが図示されているが、副弁体29を他の形式の弁にすることができる。スムースベントバルブ11の弁ボデーは、図１の下側から順に第１ボデー13、中間ボデー14、第２ボデー（ボンネット）15からなり、第２ボデー15の上端には蓋体16が連結されている。第１ボデー13の下端部には、右側へ突出した筒状のインポート18及び左側へ突出した筒状のアウトポート19が、ともに第１ボデー13と一体に形成されている。インポート18はガス容器に連通され、アウトポート19は真空チャンバーに連通されるように形成されている。
【０００８】
第１ボデー13の上端には環状水平部21が形成され、環状水平部21の外周側には段差部が形成され、段差部の下側には鍔状部30が形成されている。環状水平部21の内周側には環状突起部22が形成されており、環状突起部22の上端は環状の主弁座27となっている。環状突起部22の内側には下方に延びる略円筒状の内壁26が形成され、内壁26の下端には筒状の絞り座23が形成され、絞り座23の内側とアウトポート19とは第２アウト通路25によって連通されている。環状突起部22内にニードルシャフト（副弁体のシャフト）28が挿入され、ニードルシャフト28の下端の副弁体（ニードル）29が絞り座23内に挿入されている。ニードル29及び絞り座23の対向部分は、ともに円錐状の一部であり、流量の調整精度が高い。第１ボデー13の内壁26の右側には第１イン通路31が形成され、第１イン通路31の下端はインポート18に連通され、第１イン通路31の上端は環状水平部21に開口されている。
【０００９】
第１ボデー13の段差部の水平部分にシールリング60が装着され、第１ボデー13の環状水平部21及びシールリング60に中間ボデー14の環状下端面が当接され、筒状の連結金具62によって第１ボデー13と中間ボデー14とが連結されている。連結金具62のフランジ部が第１ボデー13の鍔状部30の下面に接触し、連結金具62の雌ねじ部が中間ボデー14の雄ねじ部に螺合している。なお、実際には、鍔状部30はリングを２つ割りにした金具を第１ボデー13の環状溝に嵌合させることにより形成され、その嵌合前に連結金具62を第１ボデー13に係合させてある。中間ボデー14は略筒状で、上端部に段差部を介して大径部が形成されており、段差部の水平部分にシールリング61が装着され、シールリング61の上側に環状金属プレート34が当接されている。中間ボデー14の外側に下方から環状の連結金具63が遊嵌され、連結金具63のフランジ部が中間ボデー14の段差部の下面に当接されている。第２ボデー15の下端外周面が中間ボデー14の上端面及び環状金属プレート34の上面に当接され、連結金具63の雌ねじ部が第２ボデー15の下端の雄ねじ部に螺合され、連結金具63により中間ボデー14と第２ボデー15とが連結されている。
【００１０】
第２ボデー15は、上部が大径の円筒状部37で内部に主シリンダ部36が形成され、下部が小径の円筒状突出部39で、円筒状部37と円筒状突出部39との間に隔壁38が形成されている。円筒状突出部39及び環状突起部22は中間ボデー14の内部に突出されており、円筒状突出部39の下端と環状突起部22の上端の主弁座27との間に環状の主弁体41が上下動可能に配設されている。主弁体41の上側には円筒状の主シャフト42が一体的に連結されており、主シャフト42は円筒状突出部39の大径中央孔44及び隔壁38の小径中央孔43に挿通されている。主弁体41の下端の環状水平面45には環状溝が形成され、この環状溝にシールリング46が装着され、シールリング46が主弁座27に接触すると開閉弁８が閉じ、シールリング46が主弁座27から離れると開閉弁８が開く。
【００１１】
主弁体41の下端の内周端には環状突起47が突出されており、金属製のニードルベローズ（副シャフトベローズ）48がニードルシャフト28の外側に配設され、ニードルベローズ48の上端（一端）が環状突起47の下端面に溶接（接続）され、ニードルベローズ48の下端（他端）がニードルシャフト28の下端部の鍔状部30の上端に溶接されている。なお、ニードルベローズ48の下端はニードルシャフト28又は副弁体29の外周面に溶接してもよい。ニードルベローズ48によって、主弁体41の下端とニードルベローズ48の下端等とが相互移動を可能にしつつ閉鎖されており、ニードルベローズ48と第１ボデー13の円筒状内壁26との間が第１アウト通路24となっている。
【００１２】
中間ボデー14内において円筒状突出部39、主弁体41及び主シャフト42の外側に金属製の主シャフトベローズ51が配設され、主シャフトベローズ51の上端（一端）が環状金属プレート34の下端面に溶接されて中間ボデー14の内側に接続され、主シャフトベローズ51の下端（他端）が主弁体41の外周面に溶接されている。主シャフトベローズ51と環状金属プレート34とシールリング61とによって、主弁体41の外周面と中間ボデー14の内部上端部との間が相互移動を可能にしつつ閉鎖されている。中間ボデー14の内面と主シャフトベローズ51の外周等によって構成された空間が第２イン通路32となり、第２イン通路32は第１イン通路31に連通され、第２イン通路32と第１アウト通路24との間は、開閉弁８によって制御される。
【００１３】
主弁体41の上部には環状で水平の上端停止面52があり、その上方の円筒状突出部39の下端には環状で水平の下端停止面53があり、上端停止面52と下端停止面53とによりストッパーが構成されている。中空の主シャフト42の内側の挿通孔54及び主弁体41の弁中央孔56にニードルシャフト28が挿通されており、挿通孔54の下端部に環状溝が形成され、この環状溝に装着されたＯリング90によってニードルシャフト28の外周と主シャフト42の挿通孔54の内周との間が密封されている。ニードルシャフト28の中心部には逃し孔55が形成され、逃し孔55の上端は主シャフト42の上端面に開口され、逃し孔55の下端はニードルシャフト28の下方の側面でニードルベローズ48の内側に開口されている。ニードルシャフト28の外周面とＯリング90、挿通孔54、弁中央孔56、ニードルベローズ48によって囲まれた空間が、逃し孔55をを通り、副ピストン78とアジャスト金具83との間隙、主シリンダ部36及び逃がし穴96を介して外部に連通されている。
【００１４】
円筒状突出部39の大径中央孔44の下端部には環状溝が形成され、この環状溝に装着されたＯリング91によって、大径中央孔44の下端部の内周面と主シャフト42の外周面との間が密封されている。隔壁38の小径中央孔43の上端部には環状溝が形成され、この環状溝に装着されたＯリング92によって、小径中央孔43の上端部の内周面と主シャフト42の外周面との間が密封されている。主シャフト42の外周面と小径中央孔43・大径中央孔44の内周面とＯリング91・Ｏリング92によって環状連通室65が形成されている。第２ボデー15の円筒状部37の下端部の左側には副ポート57が形成され、隔壁38に形成された連通路59の一端が副ポート57に連通され、連通路59の他端は小径中央孔43の下端に開口され、環状連通室65に連通されている。
【００１５】
円筒状部37の下端部の右側には主ポート58が形成され、主ポート58は小径連通路68によって主シリンダ部36の主シリンダ室97（主ピストン69の下面と主シリンダ部36とにより囲まれている）に連通されている。主シリンダ部36には主ピストン69が摺動自在に嵌合され、主ピストン69の外周面に形成された環状溝にシール部材93が装着され、シール部材93によって主ピストン69の外周面と主シリンダ部36との間が密封されている。主シャフト42の上端部には段差を介して小径部71が形成されており、主ピストン69の底部の中央隔壁部70に中央孔が形成されている。主シャフト42の小径部71が中央隔壁部70の中央孔に挿通され、小径部71の上方の雄ねじ部が中央隔壁部70の上方に突出されている。小径部71の雄ねじ部にナット72が螺合され、主シャフト42と主ピストン69とが連結されている。
【００１６】
主ピストン69の上部に円筒部73が形成され、円筒部73の内面に副シリンダ部74が形成され、副シリンダ部74は中央隔壁部70の上面に延びている。主ピストン69の上面で円筒部73の外周に環状係止部75が形成され、環状係止部75と蓋体16の下面との間にシールスプリング76が装着されている。シールスプリング76の弾発力によって主ピストン69、主シャフト42、主弁体41及びシールリング46が下方に向けて付勢され、シールリング46を主弁座27に押圧しようとしている。副シリンダ部74に中空の副ピストン78が摺動自在に嵌合され、副ピストン78の外周面に形成された環状溝にシール部材94が装着され、シール部材94によって副ピストン78の外周面と副シリンダ部74との間が密封されている。副シリンダ部74と副ピストン78によって囲まれた部分が副シリンダ室79となり、副シリンダ室79は、主シャフト42の挿通孔54とニードルシャフト28との間の環状連通路、及び主シャフト42に形成された連通孔66を介して環状連通室65に連通され、更に連通路59を介して副ポート57に連通されている。
【００１７】
ニードルシャフト28の上端部には段差を介して小径部28Ａが形成されており、副ピストン78の底部の下隔壁部78Ａに中央孔が形成されている。ニードルシャフト28の小径部28Ａが下隔壁部78Ａの中央孔に挿通され、小径部28Ａの上方の雄ねじ部が下隔壁部78Ａの上方に突出されている。小径部28Ａの雄ねじ部にナット80が螺合され、ニードルシャフト28と副ピストン78とが連結されている。下隔壁部78Ａの中央孔には環状溝が形成され、この環状溝に装着されたＯリング95によって、下隔壁部78Ａの中央孔とニードルシャフト28との間が密封されている。副ピストン78のやや上方には鍔部78Ｃが形成されており、鍔部78Ｃと蓋体16の下面との間に副スプリング81が介装され、副スプリング81によって副ピストン78が下方へ付勢されている。
【００１８】
副ピストン78の頂部の上隔壁部78Ｂの雌ねじ部に環状体78Ｄが装着され、環状体78Ｄに中央穴が形成されている。この中央穴にフランジ83Ａ付のアジャスト金具83の下端軸が嵌合され、副ピストン78とアジャスト金具83とは相対回転不能かつ副ピストン78の抜け出し不能の状態に連結されている。なお、ナット80及びフランジ83Ａの挿入後に環状体78Ｄが螺合され、環状体78Ｄの回転防止用の不図示の金具が装着されている。蓋体16の中央孔に、フランジ84Ａ付の中空アジャストねじ84が下側から回転可能状態に挿入され、中空アジャストねじ84の外周の環状溝に止め具85が装着され、中空アジャストねじ84が軸方向移動不能の状態に連結されている。中空アジャストねじ84の中央孔には、下側に雌ねじ部84Ｂが形成され上側に回転具の嵌合穴84Ｃが形成され、雌ねじ部84Ｂにアジャスト金具83の上部の雄ねじ部83Ｂが螺合されている。
【００１９】
蓋体16には、蓋体16の側部から中央孔に至る、段付の横孔86が形成され、蓋体16の側部から所定距離は大径部86Ａで雌ねじが形成され、横孔86の残りの部分が小径部86Ｂとなっている。段付のストッパー87が横孔86に装着され、ストッパー87の小径部87Ｂが横孔86の小径部86Ｂに挿入され、ストッパー87の大径部87Ａの雄ねじが横孔86の大径部86Ａの雌ねじに螺合されている。ストッパー87の基端面には嵌合穴87Ｃが形成され、嵌合穴87Ｃに回転金具を装着してストッパー87を回転させ、ストッパー87の小径部87Ｂの先端を中空アジャストねじ84の外周面に押圧して、中空アジャストねじ84の回転を阻止することができる。
【００２０】
次に本発明の実施の形態第１の作用について説明する。図示の位置において、開閉弁８は閉位置に位置し、流量調整弁９は絞り位置に位置しており、不図示のガス容器がインポート18に連通され、アウトポート19が不図示の真空チャンバーに連通されているとする。不活性ガスはガス容器からインポート18、第１イン通路31を通って第２イン通路32に流入するが、開閉弁８が閉位置にあるので、それ以上は進めない。なお、主シャフトベローズ51及びニードルベローズ（副シャフトベローズ）48の存在により、不活性ガスは、第１ボデー13及び中間ボデー14の内面と主弁体41・シールリング46及び副弁体29等の金属表面又は固定用のシールリング関係の表面にのみ接触し、その他のグリース等の潤滑剤を必要とする摺動用Ｏリング部分に接触しないので、汚染源の要因となるＯリングとの接触面積減少となり、不活性ガスの汚染が防止され、不活性ガスの純度を維持することができる。
【００２１】
圧縮空気を主ポート58に供給すると、圧縮空気が小径連通路68を通って主シリンダ室97に流入し、主ピストン69、主シャフト42及び主弁体41が上方へ移動する。主弁体41の上端停止面52が円筒状突出部39の下端停止面53に当接すると、主ピストン69等の移動が停止し、主弁体41のシールリング46が弁座27から所定距離だけ離れ、開閉弁８が開位置に切り換えられる。
【００２２】
不活性ガスは、第２イン通路32から開閉弁８の弁座27とシールリング46との間及び第１アウト通路24を通り、流量調整弁９の副弁体29と絞り座23とにより流量を調整され、第２アウト通路25、アウトポート19を通って真空チャンバーに吸い込まれる。流量調整弁９の流量を調整したいときは、ストッパー87の嵌合穴87Ｃに工具を嵌合させ、ストッパー87を緩め、中空アジャストねじ84を回転させる。中空アジャストねじ84の回転によりアジャスト金具83、副ピストン78、ニードルシャフト28及び副弁体（ニードル）29が上下方向に微小移動し、副弁体29と絞り座23との間隙が調整される。初期のガス供給は、流量調整弁９の絞り位置において行われ、ダストを巻き上げないように、不活性ガスは流量調整弁９で流量を下げて供給される。
【００２３】
真空チャンバー内の圧力が大気圧にある程度近づいた所定圧力（不活性ガスの供給を大流量にしてもダスト巻き上げの危険がない圧力）となったときに、圧縮空気を副ポート57に供給すると（このとき流量調整弁９により流量を調整しながら供給してもよい）、圧縮空気が連通路59、環状連通室65、連通孔66、環状連通路を通って副シリンダ室79に流入し、副ピストン78、ニードルシャフト28及び副弁体29が上方へ移動する。副ピストン78の上隔壁部78Ｂの上面が中空アジャストねじ84のフランジ８４Ａの下端面に当接すると、副ピストン78等の移動が停止し、副弁体29が絞り座23から所定距離だけ離れ、流量調整弁９が絞り位置から開位置に所望の時間で切り換えられる。流量調整弁９を絞り位置から開位置に流量を連続的に増大させながら切り換えられ、初期供給から主供給への流量の変化がスムースであり、既に真空チャンバー内の圧力が所定圧力に達しているので、大流量の不活性ガスが真空チャンバーに向かって流れるようになってもダストの巻き上げが十分抑制される。従って、真空チャンバーを短時間でダストを巻き上げることなく大気圧に上昇させることができる。
【００２４】
図３〜図５は本発明のスムースベントバルブの実施の形態第２を示す。スムースベントバルブ111 は、主弁体141 とその対向位置に配設された主弁座127 等からなる開閉弁108 と、副弁体129 と副弁座123 等からなる流量調整弁（ポペット弁）109 とが直列に配設されている。開閉弁108 は操作機構（主ピストン169 、主シリンダ部136 等からなる）により開位置又は閉位置に切り換えられ、流量調整弁109 は操作機構（副ピストン178 、副シリンダ部174 等からなる）により絞り位置（流量最少位置）と開位置との間を、流量を連続的に変化させながら切り換えられるように構成されている。なお、実施の形態には副弁体129 としてポペット形の流量調整弁が図示されているが、副弁体129 を他の形式の弁体にすることができる。スムースベントバルブ111 の弁ボデーの外形は、上面視で略四角形であり、図３の下側から順に配置されたボデー113 、ボンネット115 及び蓋体116 から構成されている。ボデー113 の下端部には、右側へ突出した筒状のインポート118 及び左側へ突出した筒状のアウトポート119 が、ともにボデー113 と一体に形成されている。インポート118 はガス容器に連通され、アウトポート119 は真空チャンバーに連通されるように形成されている。
【００２５】
上面視で外形が略四角形のボデー113 の上端には水平部121 が形成され、水平部121 の内周端近傍には環状溝が形成されており、この環状溝に環状の主弁座127 が嵌合されている。主弁座127 の内側には下方に延びる略円筒状の内壁126 （第１アウト通路124 ）が形成され、内壁126 の下端の底壁には環状溝が形成され、この環状溝に副弁座123 が嵌合されている。副弁座123 の内側とアウトポート119 とは第２アウト通路125 によって連通されている。内壁126 内に副弁体129 と一体の副シャフト128 が挿入され、副シャフト128 の下端の副弁体129 が副弁座123 に対して垂直方向に移動し、副弁体129 の下端と副弁座123 との間隔が調整される。図３・図５に示されているように、副弁体129 の下端部は円板状であり、副弁体129 の下面（端面）の中心を通る直径線上にＶ字状切欠溝130 が形成されている。
【００２６】
副弁体129 の下端が副弁座123 に当接したとき、副弁体129 のＶ字状切欠溝130 の両端と副弁座123 との間に隙間ができ、この隙間を通って流量最少の流体が流れるようにされている。副弁体129 の下端の直径を副弁座123 の直径よりも幾分大きくしてあり、副弁体129 の軸心と副弁座123 の軸心とがずれても、流量調整弁として正常に機能するようにされている。主弁座127 の外側で、ボデー113 の内壁126 の右側には第１イン通路131 が形成され、第１イン通路131 の下端はインポート118 に連通され、第１イン通路131 の上端は水平部121 に開口され第２イン通路132 に連通されている。
【００２７】
ボデー113 の上端の水平部121 の外周端には断面が円弧状のＯリング溝122 が形成され、Ｏリング溝122 にはＯリングシール160 が載置されている。上面視で略四角形のボンネット115 は、上部が筒状部137 で内部に主シリンダ部136 が形成され、下部には貫通した中央孔144 が形成されている。ボンネット115 の下端部には大径部161 、傾斜当接面162 、中径部163 が形成されており、大径部161 はボデー113 の上端部外周と嵌合するように構成されている。ボンネット115 の筒状部137 の上端内周部に突出部があり、この突出部によりボンネット115 の上端と蓋体116 の外周部下端とは、ぴったり嵌合されている。蓋体116 の外形も上面視で略四角形であり、蓋体116 及びボンネット115 の４個の角部に挿通孔（不図示）が上下方向に貫通して形成され、ボデー113 上端部の挿通孔対向部にボルト孔が形成されている。
【００２８】
ボンネット115 の下端の中径部163 と中央孔144 との間には環状で水平な停止面153 が形成され、停止面153 とボデー113 の上端の主弁座127 との間に環状の主弁体141 が上下動可能に配設されている。主弁体141 の上側には円筒状の主シャフト142 が一体的に連結されており、主シャフト142 は中央孔144 に挿通されている。主弁体141 の下端の環状水平面145 には、金属製のダイヤフラムシール151 の内周端部が電子ビーム溶接により溶接されており、ダイヤフラムシール151 の内周端部が主弁座127 に接触すると開閉弁108 が閉じ、ダイヤフラムシール151 が主弁座127 から離れると開閉弁108 が開く。なお、ダイヤフラムシール151 の内周端部を主弁体141 の外周面に溶接し、主弁体141 と主弁座127 とを直接接触させて、開閉弁108 を開閉させることができる。
【００２９】
ダイヤフラムシール151 の外周部はＯリングシール160 の上面・外周面に載置され、ボンネット115 の傾斜当接面162 を上側から当接させ、不図示の六角穴付ボルトを蓋体116 ・ボンネット115 の角部の前記挿通孔に挿通させ、ボルトをボデーのボルト孔に螺合させ、ボデー113 とボンネット115 と蓋体116 とを連結する。この連結によって、ダイヤフラムシール151 の外周部はＯリングシール160 と共にボデー113 のＯリング溝122 とボンネット115 の傾斜当接面162 とによって挟持されシールされる。ダイヤフラムシール151 によって、主弁体141 の外周面・下面と弁ボデー113 ・Ｏリングシール160 との間が相互移動を可能にしつつ閉鎖されている。
【００３０】
主弁体141 の下端の内周部には環状突起147 が突出されており、金属製の副シャフトベローズ148 が副シャフト128 の下方の外側に配設され、副シャフトベローズ148 の上端（一端）が環状突起147 の下端面に溶接（接続）され、副シャフトベローズ148 の下端（他端）が副シャフト128 の下端部の鍔状部133 の上面に溶接されている。なお、副シャフトベローズ148 の下端を副シャフト128 又は副弁体129 の外周面に溶接してもよい。副シャフトベローズ148 によって、主弁体141 の下端と副シャフト128 の下端等とが相互移動を可能にしつつ閉鎖されており、副シャフトベローズ148 とボデー113 の内壁126 との間が第１アウト通路124 となっている。ダイヤフラムシール151 の下面と水平部121 と主弁体141 等によって構成された空間が第２イン通路132 となり、第２イン通路132 は第１イン通路131 に連通され、第２イン通路132 と第１アウト通路124 との間の連通は、開閉弁108 によって制御される。
【００３１】
主弁体141 の上側には環状で水平の停止面152 があり、その上方対向面には停止面153 があり、停止面152 と停止面153 とにより、主弁体141 の上方位置のストッパーが構成されている。主弁体141 の弁中央孔156 に軸支用のブッシュ150 が装着され、主シャフト142 内部の挿通孔154 及びブッシュ150 内に副シャフト128 が挿通されている。挿通孔154 の下端部に環状溝が形成され、この環状溝に装着されたＯリング190 によって副シャフト128 の外周と主シャフト142 の挿通孔154 の内周との間が密封されている。副シャフト128 の中心部には逃し孔155 が形成され、逃し孔155 の上端は副シャフト128 の上端面に開口され、逃し孔155 の下端は副シャフト128 の下方の側面で副シャフトベローズ148 の内側に開口されている。副シャフト128 の外周面とＯリング190 、弁中央孔156 、副シャフトベローズ148 によって囲まれた空間が、逃し孔155 を通り、副ピストン178 とアジャスト金具183 との間隙、主シリンダ部136 、中空アジャストねじ184 とアジャスト金具183 ・エンドストッパー188 ・調整ねじ189 との間隙を介して外部に連通されている。
【００３２】
中央孔144 の下端部の大径部には軸支用のブッシュ149 が装着され、中央孔144 の上端部及び中間部には環状溝がそれぞれ形成され、これらの環状溝にＯリング192 ・191 が装着されている。中央孔144 の上端部及び中間部の内周面と主シャフト142 の外周面との間が密封されており、主シャフト142 の外周面と中央孔144 の内周面とＯリング191 ・Ｏリング192 によって環状連通室165 が形成されている。ボンネット115 の下方部の右側には副ポート157 が形成され、副ポート157 は連通路159 により環状連通室165 に連通されている。また、ボンネット115 の下方部の左側には主ポート158 が形成され、主ポート158 は連通路168 によって主シリンダ部136 の主シリンダ室197 （主ピストン169 と主シリンダ部136 とにより囲まれている）に連通されている。
【００３３】
主シリンダ部136 には主ピストン169 が摺動自在に嵌合され、主ピストン169 の外周面に形成された環状溝にシール部材193 が装着され、シール部材193 によって主ピストン169 の外周面と主シリンダ部136 との間が密封されている。主シャフト142 の上端部には段差を介して小径部171 が形成されており、主ピストン169 の底部の中央隔壁部170 に中央孔が形成されている。主シャフト142 の小径部171 が中央隔壁部170 の中央孔に挿通され、小径部171 の上方の雄ねじ部が中央隔壁部170 の上方に突出されている。小径部171 の雄ねじ部にナット172 が螺合され、主シャフト142 と主ピストン169 とが連結されている。
【００３４】
主ピストン169 の上部に円筒部173 が形成され、円筒部173 の内面に副シリンダ部174 が形成され、副シリンダ部174 は中央隔壁部170 の上面に延びている。主ピストン169 の上面で円筒部173 の外周側に環状係止部175 が形成され、環状係止部175 と蓋体116 の下面との間にシールスプリング176 が装着されている。シールスプリング176 の弾発力によって主ピストン169 、主シャフト142 、主弁体141 及びダイヤフラムシール151 が下方に向けて付勢され、ダイヤフラムシール151 の内周端部等を主弁座127 に押圧しようとしている。副シリンダ部174 に中空の副ピストン178 が摺動自在に嵌合され、副ピストン178 の外周面に形成された環状溝にシール部材194 が装着され、シール部材194 によって副ピストン178 の外周面と副シリンダ部174 との間が密封されている。副シリンダ部174 と副ピストン178 によって囲まれた部分が副シリンダ室179 となり、副シリンダ室179 は、主シャフト142 の挿通孔154 と副シャフト128 との間の環状連通路、及び主シャフト142 に形成された連通孔166 を介して環状連通室165 に連通され、更に連通路159 を介して副ポート157 に連通されている。
【００３５】
副シャフト128 の上端部には段差を介して小径部 128Ａが形成されており、副ピストン178 の底部の隔壁部 178Ａに中央孔が形成されている。副シャフト128 の小径部 128Ａが隔壁部 178Ａの中央孔に挿通され、小径部 128Ａの上方の雄ねじ部が隔壁部 178Ａの上方に突出されている。小径部 128Ａの雄ねじ部にナット180 が螺合され、副シャフト128 と副ピストン178 とが連結されている。副ピストン178 のやや上方には鍔部 178Ｃが形成されており、鍔部 178Ｃの上面と蓋体116 の下面との間に副スプリング181 が介装され、副スプリング181 によって副ピストン178 ・副シャフト128 等が下方へ付勢されている。
【００３６】
副ピストン178 の上方の円筒部 178Ｄの内面に雌ねじが形成され、この雌ねじに環状金具177 の外周面の雄ねじが螺合されている。環状金具177 には複数個の連通孔 177Ａが形成され、環状金具177 の内周面にはスプラインが形成されている。環状金具177 の内周面には、フランジ 183Ａ付で中空のアジャスト金具183 の下端のスプライン部が係合され、副ピストン178 とアジャスト金具183 とは相対回転不能かつ抜け出し不能の状態に連結されている。なお、ナット180 及びフランジ 183Ａの挿入後に環状金具177 が螺合され、円筒部 178Ｄの回転防止用の金具を装着することができる。蓋体116 の中央孔に、フランジ 184Ａ付の中空アジャストねじ184 が下側から回転可能状態に挿入され、中空アジャストねじ184 の外周の環状溝に止め具185 の内周部が装着されている。止め具185 の外周部の下面は蓋体116 の上面に当接しており、止め具185 とフランジ 184Ａとにより中空アジャストねじ184 が軸方向移動不能の状態に連結されている。
【００３７】
中空アジャストねじ184 の内面には上方から上雌ねじ部 184Ｂ、嵌合孔 184Ｃ及び下雌ねじ部 184Ｄが形成され、下雌ねじ部 184Ｄにアジャスト金具183 の上部の雄ねじ部 183Ｂが螺合されている。アジャスト金具183 の内面には、上方に雌ねじ部 183Ｃが形成され、下方に挿通孔 183Ｄが形成されており、雌ねじ部 183Ｃにはエンドストッパー188 の雄ねじ部 188Ａが螺合されている。エンドストッパー188 のフランジ部 188Ｂは、嵌合孔 184Ｃに嵌合され、かつアジャスト金具183 の上端面に当接し、嵌合孔 184Ｃと下雌ねじ部 184Ｄとの間の段部に係合している。
【００３８】
蓋体116 には、蓋体116 の側部から中央孔に至る、段付の横孔186 が形成され、蓋体116 の側部から所定距離は大径部 186Ａで雌ねじが形成され、横孔186 の残りの部分が小径部 186Ｂとなっている。段付のストッパー187 が横孔186 に装着され、ストッパー187 の小径部 187Ｂが横孔186 の小径部 186Ｂに挿入され、ストッパー187 の大径部 187Ａの雄ねじが横孔186 の大径部 186Ａの雌ねじに螺合されている。ストッパー187 の基端面には嵌合穴 187Ｃが形成され、嵌合穴 187Ｃに回転金具を装着してストッパー187 を回転させ、ストッパー187 の小径部 187Ｂの先端を中空アジャストねじ184 の外周面に押圧して、中空アジャストねじ184 の回転を阻止することができる。中空アジャストねじ184 の横ねじ孔 184Ｅには小ストッパー198 の雄ねじ部が螺合され、小ストッパー198 を回転させることにより小ストッパー198 の先端が調整ねじ189 の軸部 189Ａに当接し、調整ねじ189 の回転を防止する。調整ねじ189 の軸部 189Ａの先端により副ピストン178 の上端位置が規制され、アジャスト金具183 のフランジ 183Ａにより副ピストン178 の下端位置が規制される。
【００３９】
次に本発明の実施の形態の作用について説明する。図３，図４には、開閉弁108 の左半分は閉位置に位置し、右半分は開位置に位置している状態が示されている。流量調整弁109 は副弁体129 の下端面が副弁座123 に当接した流量最少の位置（絞り位置）にあり、不図示のガス容器がインポート118 に連通され、アウトポート119 が不図示の真空チャンバーに連通されているとする。不活性ガスはガス容器からインポート118 、第１イン通路131 を通って第２イン通路132 に流入するが、開閉弁108 が閉位置にあるときは、それ以上は進めない。なお、ダイヤフラムシール151 及び副シャフトベローズ148 の存在により、不活性ガスは、ボデー113 の内面と主弁体141 ・副弁体129 及びダイヤフラムシール151 ・副シャフトベローズ148 等の金属表面又は固定用のＯリングシール160 、主弁座127 、副弁座123 関係の表面にのみ接触し、その他のグリース等の潤滑剤を必要とする摺動用Ｏリング部分に接触しない。従って、汚染源の要因となるＯリングとの接触面積なしとなり、不活性ガスの汚染が防止され、不活性ガスの純度を維持することができる。
【００４０】
圧縮空気を主ポート158 に供給すると、圧縮空気が連通路168 を通って主シリンダ室197 に流入され、主ピストン169 、主シャフト142 、主弁体141 及びダイヤフラムシール151 の大部分がシールスプリング176 の付勢力に抗して上方へ移動する。主弁体141 の停止面152 がボンネット115 の停止面153 に当接すると、主ピストン169 等の移動が停止し、主弁体141 及びダイヤフラムシール151 が弁座27から所定距離だけ離れ、開閉弁108 が開位置に位置される。
【００４１】
不活性ガスは、第２イン通路132 から開閉弁108 の主弁座127 とダイヤフラムシール151 との間及び第１アウト通路124 を通り、流量調整弁109 の副弁体129 と副弁座123 とにより流量を調整され、第２アウト通路125 、アウトポート119 を通って真空チャンバーに供給される。流量調整弁109 の流量を調整したいときは、ストッパー187 の嵌合穴 187Ｃに工具を嵌合させてストッパー187 を緩め、中空アジャストねじ184 を回転させる。副ピストン178 が副スプリング181 により下方に付勢され、アジャスト金具183 のフランジ 183Ａと環状金具177 とが係合しているので、中空アジャストねじ184 の回転によりアジャスト金具183 、副ピストン178 、副シャフト128 及び副弁体129 が上下方向に微小移動し、副弁体129 と副弁座123 との間隙が調整される。初期のガス供給は、流量調整弁109 の絞り位置（流量最少位置）において行われ、ダストを巻き上げないように、不活性ガスは流量調整弁109 で流量を下げて供給される。
【００４２】
真空チャンバー内の圧力が大気圧にある程度近づいた所定圧力（不活性ガスの供給を大流量にしてもダスト巻き上げの危険がない圧力）となったときに、圧縮空気を副ポート157 に供給すると、圧縮空気が連通路159 、環状連通室165 、連通孔166 、環状連通路を通って副シリンダ室179 に流入し、副ピストン178 、副シャフト128 及び副弁体129 が上方へ移動する。副シャフト128 の上面が調整ねじ189 の軸部 189Ａ下端面に当接すると、副ピストン178 等の移動が停止し、副弁体129 が副弁座123 から所定距離だけ離れ、流量調整弁109 が流量最少位置から開位置に所望の時間で切り換えられる。流量調整弁109 を流量最少位置から開位置に流量を連続的に増大させながら切り換えられ、初期供給から主供給への流量の変化がスムースであり、既に真空チャンバー内の圧力が所定圧力に達しているので、大流量の不活性ガスが真空チャンバーに向かって流れるようになってもダストの巻き上げが十分抑制される。従って、真空チャンバーを短時間でダストを巻き上げることなく大気圧に上昇させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明によれば、スムースベントバルブにおいて、開閉弁と流量調整弁とが直列に配設され、開閉弁と流量調整弁とを各別の操作機構により操作でき、開閉弁の開閉操作及び流量調整弁の流量調整を精確に行うことができる。そして、所定の圧力のとき、流量調整弁を絞り位置から開位置へ所望の速度で移動させると、供給ガスの初期供給から流量を連続的に増大させながら主供給へ移行し、流量変化が円滑であるので、主供給になったときでもダストの巻き上げが十分抑制される。また、バルブシールの箇所が開閉弁１箇所であるので、複数のバルブシール箇所に比べて、発塵が減少する。
【００４４】
また、主シャフトベローズ及び副シャフトベローズの配設により、主シャフト及び副シャフトを覆い、供給ガスの接触面積が減少するので、不活性ガスの汚染が防止され、不活性ガスの純度を維持することができる。
さらに、ダイヤフラムシール及び副シャフトベローズの配設により、主シャフト及び副シャフトを覆い、供給ガスの接触面積が減少するので、不活性ガスの汚染が防止され、不活性ガスの純度を維持することができる。構成が簡単で小さなスペースに適用できるダイヤフラムシールを用いたので、スムースベントバルブの小型化及びコスト低減にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスムースベントバルブの実施の形態第１を示す縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明のスムースベントバルブの実施の形態第２を示す縦断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】図３(a) は副弁体の拡大斜視図、図３(b) は副弁体の拡大断面図である。
【図６】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
８  開閉弁
９  流量調整弁
11  スムースベントバルブ
13〜15  弁ボデー
18  インポート
19  アウトポート
23  副弁座（絞り座）
27  主弁座
28  副弁体のシャフト（ニードルシャフト）
29  副弁体
41  主弁体
42  主シャフト
48  ニードルベローズ（副シャフトベローズ）
51  主シャフトベローズ
108  開閉弁
109  流量調整弁
111  スムースベントバルブ
118  インポート
119  アウトポート
130  Ｖ字状切欠溝
141  主弁体
151  ダイヤフラムシール
【図１】
0004016156.tif 000002
【図２】
0004016156.tif 000003
【図３】
0004016156.tif 000004
【図４】
0004016156.tif 000005
【図５】
0004016156.tif 000006
【図６】
0004016156.tif 000007